專題13_可充電電池和燃料電池

1、A.放電時負極反應(yīng)為：Zn2e-+2OH=Zn (OH)2專題13可充電電池和燃料電池通過近幾年全國各地的高考試題研究，有關(guān)可充電電池試題是2010年高考一大亮點，這充分說明可充電電池在今后教學中的重要性。但這類試題往往又是學生學習的難點，錯誤率較高。如何解答此類問題，現(xiàn)歸納如下：一、可充電電池1.可充電電池電極極性和材料判斷例1、鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用，它的充放電反應(yīng)按下式充電進行：Cd(OH)2+2Ni(OH)2放亍Cd+2NiO(OH)+2fQ由此可知，該電池放電時的負極材料是()A. Cd(OH)2B.Ni(OH)2C.Cd D.NiO(OH)解析：要理解鎳

2、鎘電池放電和充電的過程。放電是原電池反應(yīng)，根據(jù)題給條件知放充電電(原電池)時的總反應(yīng)式為：Cd+2NiO(OH)+2fO放亍Cd(OH)2+2Ni(OH)2。標出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目指出，即可知道參與負極反應(yīng)的物質(zhì)：Cd+2NiO(OH)+2HzO=Cd(OH+2Ni(OH)2。從上式可知，Cd可作負極材料，參與負極反應(yīng)。故應(yīng)選Co點評：此類試題考查可充電電池電極極性和材料判斷，首先要準確判斷充電、放電分別表示什么反應(yīng)(原電池反應(yīng)還是電解池反應(yīng))，并寫出充電、放電的總反應(yīng)式，然后在總反應(yīng)式上標出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，即可正確判斷可充電電池電極極性和材料。2.可充電電池電極反應(yīng)式的

3、書寫和判斷例2、高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長時間保持穩(wěn)充電定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為3Zn+2K2FeC4+8fO放3Zn(OH)2 +2Fe(OH)3+A.放電時負極反應(yīng)為：Zn2e-+2OH=Zn (OH)24KOH下列敘述不正確的是()B.充電時陽極反應(yīng)為：Fe(0H)33e+5OH= FeQ2+4fOC.放電時每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1mol KzFeO被氧化D.放電時正極附近溶液的堿性增強解析： 高鐵電也嚴電作用是原電池的功能， 其總反應(yīng)式為i 3Zn+2K；Fe0;+ 8H；0=3Zn (OH)- + 2Fe( (0H) ). + 4K0H，根

4、據(jù)上述書寫電極反應(yīng)式的方法可知.負極反應(yīng)為：Zn2e-F2OET=Zn(OH)正極反應(yīng)為】FBO；+4IL0 +3e = Fe (OH + SOIT, A正確；充 電就是發(fā)生電解也反應(yīng)，其總反應(yīng)式為：3Zn(OHh+ 2Fe foH) )：+ 4K0H=3Zn+ 2K；FeO;+ 8H.0,根據(jù)上述書寫電極反應(yīng)式的啟法可知，陽極反應(yīng)為：Fm(OHh+5OH- 總肓_+4K0* B正確.啟電時謝纓3mol電子，正極有l(wèi)m K；F臥被還原為Fe (OH)而 不是被氧化，C錯誤。根據(jù)正極反應(yīng)式FeO；A+4氐0 +3e_= Fe(OH), + 50IT知，畝電時 生咸故正極附近溶液的堿性増強.故本題

5、應(yīng)選G點評：本題主要考查電極反應(yīng)式的書寫、電解質(zhì)溶液的酸堿性變化、及氧化還原反應(yīng)等知識，側(cè)重考查考生對原電池和電解池原理的理解及分析問題的能力。3.可充電電池電極發(fā)生氧化、還原反應(yīng)及元素被氧化、被還原判斷例3、某可充電的鋰離子電池以LiMn2O 為正極，嵌入鋰的碳材料為負極，含Li+導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時的電池反應(yīng)為：Li+LiMn2O4=Li2MnO4。下列說法正確的是()A.放電時，LiMn2Q發(fā)生氧化反應(yīng)B.放電時，正極反應(yīng)為：Li+LiMn2O4+e-=Li2Mr2O4C.充電時，LiM nzQ發(fā)生氧化反應(yīng)D.充電時，陽極反應(yīng)為：Li+e-=Li解析：放電時作為電源來用， 根據(jù)放電時

6、的電池反應(yīng)知， 負極反應(yīng)式為：Lie-=Li+, 正極反應(yīng)式為：Li+LiMn2Q4+e-=Li2MnO,B正確，但LiMn2O發(fā)生還原反應(yīng)，A錯誤。充電 時，陰極反應(yīng)式為：Li +e =Li,D錯誤，陽極反應(yīng)式為：Li2MnOe= Li +LiMn2O,故應(yīng) 是Li2MnO4 發(fā)生氧化反應(yīng)，而不是LiMnzQC錯誤。本題應(yīng)選B。點評：本題主要考查電化學知識和氧化還原反應(yīng)的有關(guān)知識，雖然新型電池增加了 試題的陌生度，但考查原電池及電解池的原理不變，這是解答本類試題的關(guān)鍵。4可充電電池離子的移動方向判斷及總反應(yīng)式的書寫例4、鋰離子電池已成為新一代實用化的蓄電池，該電池具有能量密度大、電壓高的特性

7、。鋰離子電池放電時的電極反應(yīng)式為：負極反應(yīng)：QLixe=C6Li-x +xLi+（QLi表示鋰原子嵌入石墨形成的復(fù)合材料） 正極反應(yīng)：LiixMQ+xLi+xe-=LiMQ（LiMQ表示含鋰的過渡金屬氧化物） 下列有關(guān)說法正確的是（）A.鋰離子電池充電時電池反應(yīng)為GLi+Li1-xMO=LiMO2+C6Lii-xB.電池反應(yīng)中鋰、鋅、銀、鉛各失imol電子，金屬鋰所消耗的質(zhì)量最小C.鋰離子電池放電時電池內(nèi)部Li+向負極移動D.鋰離子電池充電時陰極反應(yīng)為C6Li1x+xLi+xe=C6Li解析：將放電的兩電極反應(yīng)式在電子守恒的基礎(chǔ)上相加即得放電時的總反應(yīng)式：C6Li+LiixMg LiMO2 +

8、C6Liix,充電時的總反應(yīng)式應(yīng)為放電總反應(yīng)式的逆反應(yīng)，故A錯誤；在鋰、鋅、銀、鉛金屬中，鋰的摩爾質(zhì)量最小，所以各失去imol電子，消耗金屬鋰的質(zhì)量最小，B正確。電池工作時，陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，C錯誤。充電時的陰極反應(yīng)與放電時的負極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，故D正確。本題應(yīng)選BD。點評：本題以鋰離子電池為背景材料，全面考查了蓄電池的反應(yīng)原理、電極反應(yīng)、離子流向等知識，要求考生能將所學知識靈活遷移運用。5.可充電電池考點的綜合應(yīng)用例5、鉛蓄電池是典型的可充型電池，它的正負極格板是惰性材料，電池總反應(yīng)式為：充電Pb+PbO+4H+2SO2放2PbSO+2H2O請回答下列問題（不考慮氫、氧的氧

9、化還原）：放電時：正極的電極反應(yīng)式 是_;電解 液中H2SO的濃度將變 _;當外電路通過imol電子時，理論上負極板的質(zhì)量增加g。在完全放電耗盡PbQ和Pb時，若按右.圖連接，電解一段時間后，則在A電極上生成_、B電極上生成_ ,此時鉛蓄電池的正負極的極性將。解析：根據(jù)總反應(yīng)式中化合價的升降，可判斷出兩極，從而寫出它的兩電極反應(yīng)：負極：Pb+SQ22e-=PbSO,正極：PbQ+4H+SQ2+2e=PbSO)+2WQ根據(jù)總反應(yīng)式HSQ的濃度會不斷減小，所以應(yīng)定期補充HSQ。根據(jù)負極反應(yīng)：Pb+SO422e=PbSQ,可知，每轉(zhuǎn)移2 mol電子，負極板增加1mol的質(zhì)量，因為負極板由Pb變?yōu)镻b

10、SQ,故外 電路通過1mol電子時，理論上負極板的質(zhì)量增加48g。當外加電源后，鉛蓄電池變成了電解池，A極為陰極，電極反應(yīng)式為:PbSQ+2e=Pb+SQ2,B極為陽極，電極反應(yīng)式為：PbSQ+2fO 2e=PbQ+4H+SQ2。這樣，A電極上生成Pb,B電極上生成PbQ,此時鉛蓄電池的正負極的極性將對換。答案：PbQ+2e+4H+SQ2=PbSQ+2HzQ小48PbPbQ2 對換點評：本題關(guān)于電化學，正確書寫電極反應(yīng)式是解決本類問題的關(guān)鍵。在書寫過程中要注意，電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存，不共存要參與電極反應(yīng)，如本題中的與Pb2+與SQ42不共存，要發(fā)生反應(yīng)生成PbSQ。、燃料電池1、電解質(zhì)

11、為酸性電解質(zhì)溶液例1、科學家預(yù)言，燃料電池將是21世紀獲得電力的重要途徑，美國已計劃將甲醇燃料用于軍事目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接 加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣。試回答下列問題：是_是_;負極發(fā)生的電極反應(yīng)是_電池放電時發(fā)生的化學反應(yīng)方程 此 電 池 的 正 極 發(fā) 生的 電 極 反 應(yīng)電解液中的H+離子向 _ 極移動；向外電路釋放電子的電極是比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高，其次是解析：因燃料電池電化學反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同，又且其電解質(zhì)溶液為稀硫酸，所以該電池反

12、應(yīng)方程式是2CHOH+302CO+4H 0。按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法1知，在稀硫酸中，其正極反應(yīng)式為：302+12H+12e-=6H2O然后在電子守恒的基礎(chǔ)上利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得負極反應(yīng)式為：2CHOH+2H0- 12e-=2COf+12H+。由原電池原理知負極失電子后經(jīng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到正極，所以正極上富集電子，根據(jù)電性關(guān)系知陽離子向正極 移動，陰離子向負極移動。故H+離子向正極移動，向外電路釋放電子的電極是負極。答案：2CH0H+30=2C0+4H0正極3Q+12H+12e-=6H2O;負極2CH0H+22O- 12e-=2COf+12H+正；負對空氣的污染較小2、電解質(zhì)為堿性

13、電解質(zhì)溶液例2、甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，下列關(guān)于甲烷燃料電池的說法不正確的是 （）A、負極反應(yīng)式為CH+1OOH8e-=CO2-+7HOB、正極反應(yīng)式為Q+ 2H2O +4e-=4OHC、隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變D、甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大解析：因甲烷燃料電池的電解質(zhì)為KOH溶液，生成的CO還要與KOH反應(yīng)生成&CO,故該電池發(fā)生的反應(yīng)方程式是CH+2OH+2Q=CO2+3HO。從總反應(yīng)式可以看出，要消耗OH,故電解質(zhì)溶液的堿性減小，C錯。按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法2知，在KOH溶液中，其正極反應(yīng)式為：Q+ 2H0 +4e-=4OH

14、。通入甲烷的一極為負極，其電極反應(yīng)式可利用總反應(yīng)式減 去正極反應(yīng)式為CH+10OH8e-=CG2-+7H2Q選項A、B均正確。根據(jù)能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，燃燒時產(chǎn) 生的熱能是不可能全部轉(zhuǎn)化為功的，能量利用率不高，而電能轉(zhuǎn)化為功的效率要大的多，D項正確。答案：Co3、電解質(zhì)為熔融碳酸鹽例3、某燃料電池以熔融的K2C0（其中不含0-和HCO）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空 氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。試回答下列問題：寫出該燃料電池的化學反應(yīng)方程式。寫出該燃料電池的電極反應(yīng)式。為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此，必須在通入的空氣中加入一種物質(zhì)，加入的物

15、質(zhì)是什么，它從哪里來？解析：由于電解質(zhì)為熔融的&CQ,且不含C2-和HCO，生成的CQ不會與CQ2-反應(yīng)生成HCO的，故該燃料電池的總反應(yīng)式為：2C4HW+13Q=8CC+10H2O。按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法3知，在熔融碳酸鹽環(huán)境中，其正極反應(yīng)式為C2+2CO+4e=2CO2-。通入丁烷的一極為負極，其電極反應(yīng)式可利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式求得，應(yīng)為2QH1O+26CO2-52e =34CO+10H Q從上述電極反應(yīng)式可看出，要使該電池的電解質(zhì)組成保持穩(wěn)定，在通入的 空氣中應(yīng)加入CO,它從負極反應(yīng)產(chǎn)物中來。答案：2GH1O+13Q=8CO+10H2O正極：Q+2C0 +4e-=2C0-，負極：2GHO+26CO-52e =34CO+10HOC0從負極反應(yīng)產(chǎn)物中來4、電解質(zhì)為固體氧化物例4、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔（丫20）的氧化鋯（Zr02）晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)CC。下列對該燃料電池說法正確的是（）A.在熔融電解質(zhì)中，&由負極移向正極B.電池的總反應(yīng)是：2CHO+13Q ? 8CO2+10H0C.通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：0+