2018届二轮复习高考第Ⅰ卷得分方略——新型化学电源的工作原理教案（全国通用）

2018届二轮复习高考第Ⅰ卷得分方略——新型化学电源的工作原理教案（全国通用）

高频考点8　新型化学电源的工作原理 ‎［考点概述］ 近年的高考通常以新型燃料电池、比能量高的新型电池为载体，考查原电池的工作原理，或将原电池、电解原理与物质的制备、金属的提纯、金属的防护结合起来考查，考查的角度主要有电极反应方程式的书写或正误判断，离子移动的方向，电极产物种类的判断与量的计算等。可充电电池中粒子移动方向的判断方法：‎ 对于可充电电池，放电时为原电池，充电时为电解池。原电池中电子从负极经外电路流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。电解池中电子由负极流出，由正极流入，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动。‎ ‎[典题剖析]‎ 例1　钠—硫电池是一种以熔融金属钠和熔融非金属硫为电极材料，以陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。如图所示为钠—硫电池的工作原理，根据图示判断下列叙述正确的是(　　)‎ A．该电池的优点是容量大，使用温度为常温，便于操控 B．放电时，负极反应式为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx C．充电时，e为充电器正极，f为负极 D．充电时，阴极反应式为Na＋＋e－===Na ‎【解析】　由题干信息熔融状态的钠和硫可知该电池不能在常温下工作，A项错误；放电时，xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx为正极反应式，B项错误；放电时，a为电池负极，b为正极，充电时，电池正极接充电器正极，负极接充电器负极，C项错误；充电时，Na＋在阴极得电子生成Na，D项正确。‎ ‎【答案】　D 例2　法国格勒诺布尔第一大学的研究小组发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物燃料电池，其基本原理：在酶的作用下，葡萄糖和氧气在人体酸性环境中发生反应C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O。下列有关该电池的说法不正确的是(　　)‎ A．该生物燃料电池不可以在高温下工作 B．电池的负极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋‎ C．消耗1 mol O2时转移4 mol e－，H＋向负极移动 D．今后的研究方向是设法提高葡萄糖生物燃料电池的效率，为可植入医疗设备提供电能 ‎【解析】　酶在高温下会变性，失去催化活性，所以该生物燃料电池不可以在高温下工作，A项正确；电池中C6H12O6在负极发生氧化反应，负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋ 24H＋，B项正确；电解质溶液中的阳离子移向原电池的正极，所以H＋向正极移动，C项不正确；提高葡萄糖生物燃料电池的效率肯定是今后的研究方向，D项正确。‎ ‎【答案】　C ‎1．解答新型化学电源题目的有关步骤 ‎(1)判断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。‎ ‎(2)确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。‎ ‎(3)充电电池→放电时为原电池→失去电子的为负极反应。‎ ‎2．新型化学电源的考查 ‎(1)新型电池“放电”时正、负极判断。‎ 新型电池中 ‎(2)新型电池“放电”时电极反应式。‎ 分析物质得失电子情况，再考虑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。对于复杂的电极反应，可利用总反应式减去较简单一极的电极反应式，得较复杂一极电极反应式。‎ ‎(3)新型电池“充电”(即电解)时阴极、阳极的判断。‎ ‎(4)新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断：应先分清电池是放电还是充电，再判断出正、负极或阴、阳极，进而确定离子的移动方向。‎ ‎[跟踪练习]‎ ‎1．锂电池的构造如图所示，电池内部“→”表示放电时Li＋的迁移方向，电池总反应可表示为：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋‎6C，下列说法错误的是(　　)‎ A．该电池的负极为LiCoO2‎ B．电池中的固体电解质可以是熔融的氯化钠、干冰等 C．充电时的阴极反应：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2‎ D．外电路上的“→”表示放电时的电子流向 解析：选B。根据Li＋的移动方向，确定LiCoO2是负极，碳电极是正极，电子从负极经外电路移向正极，充电时为电解池，阴极发生得电子的还原反应，故A、C、D正确。干冰是固体二氧化碳，属于非电解质，故B错误。‎ ‎2．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应为：2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．该电池为可充电电池 B．每有0.1 mol O2反应，则迁移H＋ 0.4 mol C．正极反应式为：CH2===CH2－2e－＋2OH－===CH3CHO＋H2O D．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b 解析：选B。该电池为燃料电池，不可充电，故A错误；根据电子守恒每有0.1 mol O2反应，则迁移H＋ 0.4 mol，故B正确；电池中负极发生失电子的反应，另外本题中溶液呈酸性，不能是OH－参与反应，故C错误；在磷酸溶液中移动的是离子，电子移动方向：电极a→外电路→电极b，故D错误。‎ ‎3．Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。下列说法正确的是(　　)‎ A．电池的正极材料是锂，电极反应式为Li－e－===Li＋‎ B．电池的正极反应式为2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2‎ C．该电池必须隔绝空气，但需要有水的存在 D．该电池不用钾代替锂的原因是钾的活动性太强 解析：选B。从电池的总反应式可判断出锂是还原剂，被氧化，故负极材料是锂，电极反应式为Li－e－===Li＋，A项错误。SOCl2在电池反应中作氧化剂，被还原，故在正极进行反应，B项正确。该电池不能在空气和水中进行反应，因为锂可以跟空气中的氧气和水反应，C项错误。相同质量的锂和钾制成的电池，锂的电量大，即在放电量相等时，锂电池的质量远远小于钾电池的，跟活动性强弱无关，D项错误。‎ ‎4．Mg－H2O2电池可用于驱动无人潜航器。该电池以海水为电解质溶液，如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是(　　)‎ A．电池总反应是2H2O2Mg,2H2O＋O2↑‎ B．H2O2在石墨电极上反应放出氧气 C．石墨电极附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正极移动 解析：选C。Mg－H2O2电池的负极是Mg，Mg失去的电子通过外电路流向石墨电极，电极反应式是Mg－2e－＝Mg2＋，而非作催化剂，A项错误。H2O2是氧化剂，得到电子被还原，不可能产生氧气，B项错误。H2O2被还原时有OH－生成，故石墨电极附近溶液的pH增大，C项正确。负极附近由于生成的Mg2＋带正电，故溶液中的Cl－向负极移动，D项错误。‎ ‎5．科技工作者设计出的新型可充电锂—空气电池如图所示，该电池使用了两种电解质溶液，a极一侧使用含有锂盐的有机电解液，b极一侧使用水性电解液。下列有关这种电池的判断正确的是(　　)‎ A．放电时，a为负极，充电时，a为阴极 B．放电时，正极反应式为4OH－＋4e－===2H2O＋O2↑‎ C．充电时，Li＋通过离子交换膜的方向是从左到右 D．充电后，水性电解液的pH增大 解析：选A。放电时，Li失电子，发生氧化反应，Li＋进入有机电解液，a为负极，充电时，有机电解液中的Li＋得电子变为Li，发生还原反应，a为阴极，A项正确；放电时，负极Li失电子，正极O2得电子与水生成OH－，故正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项错误；充电时，Li＋通过离子交换膜的方向是从右到左，C项错误；放电后，水性电解液的pH增大，充电后pH减小，D项错误。‎ ‎6．甲醇燃料电池被认为是21世纪电动汽车的最佳候选动力源，其工作原理如图所示。下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．通氧气的一极为负极 B．H＋从正极区通过交换膜移向负极区 C．通甲醇的一极的电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋‎ D．甲醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极 解析：选C。通氧气的一极发生还原反应，因此通氧气的一极为正极，A项错误；H＋从负极区移向正极区，B项错误；通甲醇的一极为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋，C项正确；甲醇在负极上发生反应，电子由负极经外电路流向正极，D项错误。‎