2018届高考一轮复习人教版化学反应与能量新型化学电源的高考命题视角及解题指导学案

2018届高考一轮复习人教版化学反应与能量新型化学电源的高考命题视角及解题指导学案

专题讲座(五)　新型化学电源的高考命题视角及解题指导 ‎ [学生用书P153]‎ 新型化学电源是高考中每年必考的知识点，随着全球能源逐渐枯竭，研发、推广新型能源迫在眉睫，因此，化学中的新型电源成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。高考中的新型化学电源，有“氢镍电池”“高铁电池”“锌锰碱性电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”“银锌电池”“纽扣电池”等，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。由于该类试题题材广、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。虽然该类试题貌似新颖，但应用的解题原理还是原电池的知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。‎ 题型一　新型电池的正负极的判断 该类电池一般会告诉相应的反应物、生成物或反应方程式，只要根据元素的常见价态去判断即可：‎ 新型电池中 题型二　书写新型电池的电极反应式 　分析物质得失电子情况，据此确定正、负极上发生反应的物质。‎ 　分析电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。‎ 　写出比较容易书写的电极反应式。‎ 　若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。‎ 题型三　新型电池充放电时各物质变化的判断 电池充电的实质是把放电时发生的变化再复原的过程，即放电是原电池、充电是电解的过程，如铅蓄电池放电、充电的变化为 放电时　　　　　　　　充电时 负极：Pb―→PbSO4阴极：PbSO4―→Pb 正极：PbO2―→PbSO4阳极：PbSO4―→PbO2‎ 解决该类题目时，先分清原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。‎ 题型四　新型电池中离子的移动方向 原电池中均存在阴离子移向负极、阳离子移向正极。这是因为负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。虽然从微观上讲不参与电极反应的离子发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。‎ 题型五　电化学与化学实验有机融合 电化学知识中会涉及对电极材料、电解液中的离子等进行分析，因而就容易与化学实验融合在一起进行考查，如电解液的制备、净化，电极反应产物的检验，电化学装置的设计等，提高了试题的综合度。‎ 题型六　在元素推断等知识中渗透电化学内容 物质推断、氧化还原反应、化学反应速率与化学平衡等知识是高考考查的重点内容，为了拓展知识考查的宽度，体现学科知识的密切相关性，故常在该类问题中设计一些简单的电化学知识。‎ 题型七　原电池与化学平衡移动相碰撞 将自发进行的氧化还原反应设计成原电池，根据阴、阳离子向电池的负极、正极移动来考查化学平衡移动原理和原电池原理。‎ ‎1．(2016·甘肃高三模拟)下图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是(　　)‎ A．电流由O2所在的铂电极流出 B．O2所在的铂电极处发生还原反应 C．该电池的负极反应式为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋‎ D．微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量 解析：选C。A.氧气在反应中得到电子，则氧气在正极通入，即电流由O2所在的铂电极流出，A正确；B.正极得到电子，则O2所在的铂电极处发生还原反应，B正确；C.负极失去电子，发生氧化反应，则该电池的负极反应式为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，C错误；D.酒精含量越高，产生的电流越大，则微处理器可通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量，D正确。‎ ‎2．(2016·浙江五校联考)海洋电池是一种以铝合金为电池负极，金属(Pt、Fe)网为正极，以海水为电解质溶液的新型电池。它靠海水中的溶解氧与铝反应而产生电能，科学家把正极制成仿鱼鳃的网状结构。海水中只含有0.5%的溶解氧。不放入海洋时，铝极就不会在空气中被氧化，可以长期储存。用时，把电池放入海水中，便可供电，电池设计使用周期可长达一年以上，避免经常更换电池的麻烦。即使更换，也只是换一块铝合金板，电池总反应式：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3↓。下列说法错误的是(　　)‎ A．负极铝被氧化 B．海水温度升高，电池反应速率可能加快 C．正极制成仿鱼鳃的网状结构的目的是增大正极材料和氧气的接触面积 D．正极电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O 解析：选D。A.根据电池总反应式：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3↓，铝失电子作负极，被氧化，A项正确；B.海水温度升高，化学反应速率加快，电池反应速率可能加快，B项正确；C.正极制成仿鱼鳃的网状结构的目的是增大正极材料和氧气的接触面积，C项正确；D.氧气在正极得电子，海水呈中性，正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项错误。‎ ‎3．(2016·安庆高三模拟)下图为一种新型的生物燃料电池，它有两个涂覆着酶的电极，‎ 处于充满空气和少量氢气的玻璃槽中，由于气体可以混合从而省去了昂贵的燃料隔离膜。下列对其工作原理叙述正确的是(　　)‎ A．该电池工作过程中，H＋浓度不断增大 B．该电池在高温环境下能提供更好的动力 C．该电池负极反应为H2－2e－===2H＋‎ D．该电池正极反应为O2＋4e－===2O2－‎ 解析：选C。根据信息该电池反应方程式为2H2＋O2===2H2O，在生物体中，H2O为稳定产物，则正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极反应式为2H2－4e－===4H＋，H＋生成量与消耗量相同，则该电池工作过程中，H＋浓度不变；由于酶高温受热易发生变性而失去催化效果，B错误。‎ ‎4．(2016·永州高三模拟)市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，负极的电极反应式：Li－e－===Li＋‎ B．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应 C．该电池不能用水溶液作为电解质 D．放电过程中Li＋向负极移动 解析：选D。A项，放电时，Li从0价升至＋1价，失去电子，作为负极，正确；B项，充电时，反应物只有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与水反应，故电解质应为非水材料，正确；D项，原电池中阳离子应迁移至正极得电子，错误。‎ 排查落实练五　化学反应与能量[学生用书单独成册]‎ 一、正误判断·辨析概念 ‎1．某反应的ΔH＝＋100 kJ·mol－1，则正反应活化能不小于100 kJ·mol－1。(　　)‎ ‎2．根据电流方向或电子流向可判断原电池正负极：外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。(　　)‎ ‎3．根据两极发生的反应类型可判断原电池的正负极：负极上总是发生氧化反应，正极上总是发生还原反应。(　　)‎ ‎4．电解池的工作原理：电解池中与直流电源正极相连的是阳极，阳极发生氧化反应；与电源负极相连的是阴极，阴极发生还原反应。通电时，电子的流向为负极―→阴极―→电解质―→阳极―→正极。(　　)‎ 答案：1.√　2.√　3.√　4.×‎ 二、原电池电极反应式或总反应式的书写 ‎1．镁铝电池(负极—Al，正极—Mg，电解液—KOH溶液)‎ 负极：________________________________________________________________________；‎ 正极：________________________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式：________________________________________________________________________。‎ 答案：2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O ‎6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－‎ ‎2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑‎ ‎2．锂电池(负极—Li，正极—石墨，电解液—LiAlCl4SOCl2)‎ 已知电池总反应式：4Li＋2SOCl2===SO2↑＋4LiCl＋S。‎ 试写出正、负极反应式：‎ 负极：________________________________________________________________________；‎ 正极：________________________________________________________________________。‎ 答案：4Li－4e－===4Li＋‎ ‎2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S＋4Cl－‎ ‎3．高铁电池(负极—Zn，正极—石墨，电解质为浸湿的固态碱性物质)‎ 已知：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，则：‎ 放电时：‎ 负极：________________________________________________________________________；‎ 正极：________________________________________________________________________。‎ 充电时：‎ 阴极：________________________________________________________________________；‎ 阳极：________________________________________________________________________。‎ 答案：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2‎ ‎2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－‎ ‎3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－‎ ‎2Fe(OH)3－6e－＋10OH－===2FeO＋8H2O ‎4．甲醇燃料电池 ‎(1)碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液)‎ 正极：________________________________________________________________________；‎ 负极：________________________________________________________________________；‎ 总反应方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)酸性电解质(铂为两极、电解液为H2SO4溶液)‎ 正极：________________________________________________________________________；‎ 负极：________________________________________________________________________；‎ 总反应方程式：________________________________________________________________________。‎ 答案：(1)3O2＋12e－＋6H2O===12OH－‎ ‎2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O ‎2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O ‎(2)3O2＋12e－＋12H＋===6H2O ‎2CH3OH－12e－＋2H2O===12H＋＋2CO2↑‎ ‎2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O 三、电解池电极反应式或总反应式的书写 ‎1．用惰性电极电解下列溶液 ‎(1)NaCl溶液 阴极：________________________________________________________________________；‎ 阳极：________________________________________________________________________；‎ 总反应方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)CuSO4溶液 阴极：________________________________________________________________________；‎ 阳极：________________________________________________________________________；‎ 总反应方程式：________________________________________________________________________。‎ 答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎(2)2Cu2＋＋4e－===2Cu ‎4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ ‎2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑‎ ‎2．用惰性电极电解熔融态Al2O3‎ 阳极：________________________________________________________________________；‎ 阴极：________________________________________________________________________；‎ 总反应方程式：________________________________________________________________________。‎ 答案：6O2－－12e－===3O2↑‎ ‎4Al3＋＋12e－===4Al ‎2Al2O34Al＋3O2↑‎ ‎3．用铜作电极电解下列溶液 ‎(1)H2SO4溶液 阴极：________________________________________________________________________；‎ 阳极：________________________________________________________________________；‎ 总反应方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)NaOH溶液 阴极：________________________________________________________________________；‎ 阳极：________________________________________________________________________；‎ 总反应方程式：________________________________________________________________________。‎ 答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑‎ Cu－2e－===Cu2＋‎ Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑‎ ‎(2)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ Cu－2e－＋2OH－===Cu(OH)2‎ Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑‎ ‎4．用Al作电极电解下列溶液 ‎(1)H2SO4溶液 阴极：________________________________________________________________________；‎ 阳极：________________________________________________________________________；‎ 总反应方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)NaOH溶液 阴极：________________________________________________________________________；‎ 阳极：________________________________________________________________________；‎ 总反应方程式：________________________________________________________________________。‎ 答案：(1)6H＋＋6e－===3H2↑‎ ‎2Al－6e－===2Al3＋‎ ‎2Al＋3H2SO4Al2(SO4)3＋3H2↑‎ ‎(2)6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－‎ ‎2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O ‎2Al＋2H2O＋2NaOH2NaAlO2＋3H2↑‎