高考化學(xué)總復(fù)習(xí)專題六新型化學(xué)電源教學(xué)案蘇教版.docx

課時(shí)4新型化學(xué)電源課時(shí)詮釋隨著全球能源逐漸枯竭，研發(fā)、推廣新型能源迫在眉睫，因此，化學(xué)中的新型電源，成為科學(xué)家研究的重點(diǎn)方向之一，也成了高考的高頻考點(diǎn)。高考中的新型化學(xué)電源，有“氫鎳電池”、“高鐵電池”、“鋅錳堿性電池”、“海洋電池”、“燃料電池”、“鋰離子電池”、“銀鋅電池”、“紐扣電池”等，一般具有高能環(huán)保、經(jīng)久耐用、電壓穩(wěn)定、比能量(單位質(zhì)量釋放的能量)高等特點(diǎn)。由于該類試題題材廣、信息新、陌生度大，因此許多考生感覺難度大。雖然該類試題題材新穎，但應(yīng)用的解題原理還是原電池的知識(shí)，只要細(xì)心分析，實(shí)際上得分相對(duì)比較容易。微點(diǎn)聚焦一新型燃料電池的分析與判斷燃料電池(Fuel Cell)是利用氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、天然氣等為燃料與氧氣或空氣進(jìn)行反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。其特點(diǎn)是：(1)有兩個(gè)相同的多孔電極，同時(shí)電極不參與反應(yīng) (摻雜適當(dāng)?shù)拇呋瘎?。(2)不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi) 。(3)能量轉(zhuǎn)換率較高，超過80%(普通燃燒能量轉(zhuǎn)換率30%多) 。典題示例【示例1】 (2016課標(biāo)全國(guó)，11)鋅空氣燃料電池可用作電動(dòng)車動(dòng)力電源，電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，反應(yīng)為2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)42。下列說法正確的是()A充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中K向陽(yáng)極移動(dòng)B充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中c(OH)逐漸減小C放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Zn4OH2e=Zn(OH)42D放電時(shí)，電路中通過2 mol電子，消耗氧氣22.4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)解析A項(xiàng)，充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中K向陰極移動(dòng)，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，充電時(shí)，總反應(yīng)方程式為2Zn(OH)4 22ZnO24OH2H2O，所以電解質(zhì)溶液中c(OH)逐漸增大，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，在堿性環(huán)境中負(fù)極Zn失電子生成的Zn2將與OH結(jié)合生成Zn(OH)42，正確；D項(xiàng)，O24e，故電路中通過2 mol電子，消耗氧氣0.5 mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況體積為11.2 L，錯(cuò)誤。答案C【解法指導(dǎo)】理順書寫燃料電池電極反應(yīng)式的三大步驟1先寫出燃料電池總反應(yīng)式雖然可燃性物質(zhì)與氧氣在不同的燃料電池中電極反應(yīng)不同，但其總反應(yīng)方程式一般都是可燃物在氧氣中的燃燒反應(yīng)方程式。由于涉及電解質(zhì)溶液，所以燃燒產(chǎn)物還可能要與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，然后再寫出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的方程式相加，從而得到總反應(yīng)方程式。2再寫出燃料電池正極的電極反應(yīng)式由于燃料電池正極都是O2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，基礎(chǔ)反應(yīng)式為O24e=2O2，由于電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性不同，電池正極的電極反應(yīng)也不相同。電解質(zhì)為固體時(shí)，該固體電解質(zhì)在高溫下可允許O2在其間自由通過，此時(shí)O2不與任何離子結(jié)合，正極的電極反應(yīng)式為O24e=2O2。電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為O22CO24e=2CO。當(dāng)電解質(zhì)為中性或堿性環(huán)境時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為：O24e2H2O=4OH；當(dāng)電解質(zhì)為酸性環(huán)境時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為：O24e4H=2H2O。3最后寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式由于原電池是將氧化還原反應(yīng)中的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在兩極(負(fù)、正兩極)上發(fā)生，故燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式燃料電池總反應(yīng)式燃料電池正極的電極反應(yīng)式。在利用此法寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式時(shí)一要注意消去總反應(yīng)和正極反應(yīng)中的O2，二要注意兩極反應(yīng)式和總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移相同。體驗(yàn)感悟1(2017保定模擬)液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小等優(yōu)點(diǎn)。一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料的電池裝置如下圖所示，該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑，KOH溶液作為電解質(zhì)溶液。下列關(guān)于該電池的敘述正確的是()Ab極發(fā)生氧化反應(yīng)Ba極的反應(yīng)式：N2H44OH4e=N24H2OC放電時(shí)，電流從a極經(jīng)過負(fù)載流向b極D其中的離子交換膜需選用陽(yáng)離子交換膜解析燃料電池燃料(N2H4)在負(fù)極(a極)發(fā)生氧化反應(yīng)N2H44OH4e=N24H2O，O2在正極發(fā)生還原反應(yīng)：O24e2H2O=4OH，總反應(yīng)為N2H4O2=N22H2O，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；放電時(shí)電流由正極流向負(fù)極，C項(xiàng)錯(cuò)誤；OH在正極生成，移向負(fù)極消耗，所以離子交換膜應(yīng)讓OH通過，故選用陰離子交換膜，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案B2如圖為一種微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖，關(guān)于該電池?cái)⑹稣_的是()A分子組成為Cm(H2O)n的物質(zhì)一定是糖類B微生物所在電極區(qū)放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)C.放電過程中，H從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)D正極反應(yīng)式為：MnO24H2e=Mn22H2O解析分子組成為Cm(H2O)n的物質(zhì)不一定是糖類，如乙酸的分子組成為C2(H2O)2，A錯(cuò)誤；由電池示意圖可知，微生物所在電極區(qū)Cm(H2O)n轉(zhuǎn)化為CO2，發(fā)生的是氧化反應(yīng)，是負(fù)極，則另一極是正極，MnO2發(fā)生還原反應(yīng)在酸性條件下生成Mn2，B錯(cuò)誤，D正確；放電時(shí)發(fā)生的是原電池反應(yīng)，H應(yīng)該從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)，C錯(cuò)誤。答案D【解題模板】3(解題規(guī)范)SO2、CO、CO2、NOx是對(duì)環(huán)境影響較大的幾種氣體，對(duì)它們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑。(1)利用電化學(xué)原理將CO、SO2轉(zhuǎn)化為重要化工原料，裝置如圖所示：若A為CO，B為H2，C為CH3OH，則通入CO的一極為_極。若A為SO2，B為O2，C為H2SO4，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為_。若A為NH3，B為O2，C為HNO3，則正極的電極反應(yīng)式為_。(2)某研究小組利用下列裝置用N2O4生產(chǎn)新型硝化劑N2O5。現(xiàn)以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池，采用電解法制備N2O5，裝置如圖所示，其中Y為CO2。在該電極上同時(shí)還引入CO2的目的是_。電解過程中，生成N2O5的電極反應(yīng)方程式為_。標(biāo)準(zhǔn)答案評(píng)分細(xì)則(1)正SO22e2H2O=SO4HO24e4H=2H2O(2)在電極上與O2共同轉(zhuǎn)化為CO，保持熔融鹽成分不變N2O42HNO32e=2N2O52H(1)不配平不給分，寫成：SO22H2O=SO4H2e不扣分漏掉電荷或未配平不給分(2)其他合理解釋也可給分HNO3拆寫成離子不給分【規(guī)范點(diǎn)評(píng)】學(xué)生在解答卷題目時(shí)，不能挖掘出題干所隱含信息，不能把所學(xué)知識(shí)靈活地運(yùn)用到解題上，如本題第(1)問CO和H2合成甲醇過程是H元素化合價(jià)升高，碳元素化合價(jià)降低過程，因此H2被氧化作負(fù)極，CO被還原作正極；另外在寫半反應(yīng)時(shí)有些學(xué)生粗心大意，把正極寫成負(fù)極，把陰極反應(yīng)寫成陽(yáng)極反應(yīng)而失分，這種不規(guī)范的審答題習(xí)慣應(yīng)引起注意。微點(diǎn)聚焦二可充電電池(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P149)對(duì)于一般的電池而言，充電電池具有一定的可逆性，在放電時(shí)，它是原電池裝置；在充電時(shí)，它是電解過程，是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、電量足、適合大功率、長(zhǎng)時(shí)間使用的電器。典題示例【示例2】 (2016四川理綜，5)某電動(dòng)汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時(shí)電池的總反應(yīng)為：Li1xCoO2LixC6=LiCoO2C6(x1)。下列關(guān)于該電池的說法不正確的是()A放電時(shí)，Li在電解質(zhì)中由負(fù)極向正極遷移B放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6xe=xLiC6C充電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1 mol e，石墨(C6)電極將增重7x gD充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCoO2xe=Li1xCoO2xLi解析放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)ixC6xe=xLiC6，正極反應(yīng)為L(zhǎng)i1xCoO2xexLi=LiCoO2，A、B正確；充電時(shí)，陰極反應(yīng)為：xLiC6xe=LixC6，轉(zhuǎn)移1 mol e時(shí)，石墨C6電極將增重 7 g，C項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為放電時(shí)正極反應(yīng)的逆反應(yīng)：LiCoO2xe=Li1xCoO2xLi，D項(xiàng)正確。答案C【解法歸納】可充電電池電極反應(yīng)式的書寫技巧書寫可充電電池電極反應(yīng)式時(shí)，一般都是先書寫放電的電極反應(yīng)式。書寫放電時(shí)的電極反應(yīng)式時(shí)，一般要遵守三個(gè)步驟：第一，先標(biāo)出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，找出參與負(fù)極和正極反應(yīng)的物質(zhì)；第二，寫出一個(gè)比較簡(jiǎn)單的電極反應(yīng)式(書寫時(shí)一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng))；第三，在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。充電時(shí)的電極反應(yīng)與放電時(shí)的電極反應(yīng)過程相反，充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)為放電時(shí)的正極反應(yīng)的逆過程，充電時(shí)的陰極反應(yīng)為放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)的逆過程。根據(jù)正確書寫的電極反應(yīng)式，可順利判斷各電極周圍溶液pH的變化。體驗(yàn)感悟1(2014天津理綜，6)已知：鋰離子電池的總反應(yīng)為：LixCLi1xCoO2CLiCoO2鋰硫電池的總反應(yīng)為：2LiSLi2S有關(guān)上述兩種電池說法正確的是()A鋰離子電池放電時(shí)，Li向負(fù)極遷移B鋰硫電池充電時(shí)，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)C理論上兩種電池的比能量相同D如圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電解析A項(xiàng)，在原電池內(nèi)部，陽(yáng)離子應(yīng)移向正極，錯(cuò)誤；二次電池充電過程為電解的過程，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，B項(xiàng)正確；C項(xiàng)，比能量是指這種電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，當(dāng)二者質(zhì)量相同時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量不相等，即比能量不同，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，左邊裝置已經(jīng)是放完電的電池，應(yīng)為鋰硫電池給鋰離子電池充電，錯(cuò)誤。答案B2.(2016溫州返校聯(lián)考)裝置()為鐵鎳(FeNi)可充電電池：FeNiO22H2OFe(OH)2Ni(OH)2；裝置()為電解示意圖。當(dāng)閉合開關(guān)K時(shí)，Y附近溶液先變紅。下列說法正確的是()A閉合K時(shí)，X的電極反應(yīng)式為：2H2e=H2B閉合K時(shí)，A電極反應(yīng)式為：NiO22e2H=Ni(OH)2C給裝置()充電時(shí)，B極參與反應(yīng)的物質(zhì)被氧化D給裝置()充電時(shí)，OH通過陰離子交換膜移向A電極解析當(dāng)閉合開關(guān)K時(shí)，Y附近溶液先變紅，說明Y電極處H2O得電子生成H2和OH，Y為陰極，則X為陽(yáng)極，Cl在陽(yáng)極上失去電子，電極反應(yīng)式為：2Cl2e=Cl2，A項(xiàng)錯(cuò)誤；A為正極，電極反應(yīng)式為：NiO22e2H2O=Ni(OH)22OH，B項(xiàng)錯(cuò)誤；給裝置()充電時(shí)，B為陰極，B極參與反應(yīng)的物質(zhì)得電子，被還原，C項(xiàng)錯(cuò)誤；給裝置()充電時(shí)，A為陽(yáng)極，OH通過陰離子交換膜移向A電極，D項(xiàng)正確。答案D【解題模板】微點(diǎn)聚焦三其他新型、高效環(huán)保電池環(huán)保電池，是指近年來已投入使用或正在研制、開發(fā)的一類高性能、無污染電池，目前已經(jīng)大量使用的金屬氫化物鎳蓄電池、塑料蓄電池、微生物電池等都屬于這一范疇。典題示例【示例3】 (2016浙江理綜，11)金屬(M)空氣電池(如圖)具有原料易得、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新能源汽車和移動(dòng)設(shè)備的電源。該類電池放電的總反應(yīng)方程式為：4MnO22nH2O=4M(OH)n。已知：電池的“理論比能量”指單位質(zhì)量的電極材料理論上能釋放出的最大電能。下列說法不正確的是()A采用多孔電極的目的是提高電極與電解質(zhì)溶液的接觸面積，并有利于氧氣擴(kuò)散至電極表面B比較Mg、Al、Zn三種金屬空氣電池，Al空氣電池的理論比能量最高CM空氣電池放電過程的正極反應(yīng)式：4MnnO22nH2O4ne=4M(OH)nD在Mg空氣電池中，為防止負(fù)極區(qū)沉積Mg(OH)2，宜采用中性電解質(zhì)及陽(yáng)離子交換膜解析A項(xiàng)，采用多孔電極可以增大電極與電解質(zhì)溶液的接觸面積，且有利于氧氣擴(kuò)散至電極的表面，正確；B項(xiàng)，單位質(zhì)量的Mg、Al、Zn釋放的電子分別為 mol、 mol、 mol，顯然鋁的比能量比Mg、Zn高，正確；C項(xiàng)，電池放電過程正極O2得電子生成OH，但負(fù)極生成的金屬陽(yáng)離子不能透過陰離子交換膜移至正極，故正極不能生成M(OH)n，反應(yīng)式應(yīng)為：O22H2O4e=4OH，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，為避免OH移至負(fù)極而生成M(OH)n，可采用中性電解質(zhì)及陽(yáng)離子交換膜阻止OH，正確。答案C體驗(yàn)感悟1環(huán)保、安全的鋁空氣電池的工作原理如圖所示，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()ANaCl的作用是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性B正極的電極反應(yīng)式為：O24e2H2O=4OHC電池工作過程中，電解質(zhì)溶液的pH不斷增大D用該電池做電源電解KI溶液制取1 mol KIO3，消耗鋁電極的質(zhì)量為54 g解析由圖示可知Al電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為：Al3e3OH=Al(OH)3，O2在正極反應(yīng)：O24e2H2O=4OH，總反應(yīng)方程式為：4Al3O26H2O=4Al(OH)3，pH基本不變，A、B正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D項(xiàng)，1 mol KI制得1 mol KIO3轉(zhuǎn)移6 mol電子，消耗2 mol Al，即54 g鋁，正確。答案C2(2016豫晉冀三調(diào))酶生物電池通常以葡萄糖作為反應(yīng)原料，葡萄糖在葡萄糖氧化酶(GOX)和輔酶的作用下被氧化成葡萄糖酸(C6H12O7)，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)說法中正確的是()A該電池可以在高溫條件下使用BH通過交換膜從b極區(qū)移向a極區(qū)C電極a是正極D電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為C6H12O6H2O2e=C6H12O72H解析酶的主要成分為蛋白質(zhì)，在高溫條件下變性，喪失催化作用，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由