一輪學(xué)案第18講原電池化學(xué)電源

第18講原電池化學(xué)電源【課標(biāo)要求】1.理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。2.了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及其工作原理?？键c(diǎn)1原電池的工作原理及應(yīng)用1．概念：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2．構(gòu)成條件(1)有兩個(gè)電極(大多數(shù)不同，也可能相同，如氫氧燃料電池等)；(2)有電解質(zhì)(電解質(zhì)通常是溶液，也可能是熔融狀態(tài)或固體電解質(zhì))；(3)有閉合回路(首尾連通，教學(xué)時(shí)展示各種閉合回路)；(4)有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。3．工作原理(以銅鋅原電池為例) (1)工作原理電極名稱負(fù)極正極電極材料鋅片銅片電極反應(yīng)Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電子流向由Zn沿導(dǎo)線流向Cu鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液，K＋移向正極，Cl－移向負(fù)極(2)鹽橋的組成和作用①鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。②鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。[提醒]①電解質(zhì)溶液中陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)，與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。②無(wú)論在原電池中還是在電解池中，電子均不能通過(guò)電解質(zhì)溶液。4．原電池原理的應(yīng)用(1)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬，正極一般是活動(dòng)性較弱的金屬(或非金屬)。(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率：氧化還原反應(yīng)形成原電池時(shí)，反應(yīng)速率加快。(3)用于金屬的防護(hù)：將需要保護(hù)的金屬制品作原電池的正極而受到保護(hù)。(4)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。②根據(jù)原電池的工作原理，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)，選擇正、負(fù)電極材料以及電解質(zhì)溶液。1．下面裝置中，能構(gòu)成原電池的是________(填序號(hào))。答案：②④⑥⑦⑨2．原電池正負(fù)極的判斷方法(1)由組成原電池的電極材料判斷。一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬為_(kāi)_______極，活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為_(kāi)_______極。(2)根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流由________極流向________極；電子由________極流向________極。(3)根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動(dòng)方向判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽(yáng)離子移向________極，陰離子移向________極。(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷。原電池的________極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其________極得電子發(fā)生還原反應(yīng)。(5)根據(jù)現(xiàn)象判斷。一般情況下，溶解的一極為_(kāi)_______極，增重或有氣體逸出的一極為_(kāi)_______極。答案：(1)負(fù)正(2)正負(fù)負(fù)正(3)正負(fù)(4)負(fù)正(5)負(fù)正[歸納提升]原電池正、負(fù)極的判斷題組一原電池的工作原理1．如圖所示裝置中，觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，M棒變粗，N棒變細(xì)，由此判斷表中所列M、N、P物質(zhì)，其中可以成立的是()MNPAZnCu稀H2SO4BCuFe稀HClCAgZnAgNO3溶液DZnFeFe(NO3)3溶液解析：在裝置中電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明該裝置構(gòu)成了原電池，根據(jù)正負(fù)極的判斷方法，溶解的一極為負(fù)極，增重的一極為正極，所以M棒為正極，N棒為負(fù)極，且電解質(zhì)溶液能析出固體，則只有C項(xiàng)正確。答案：C2．鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)。下列有關(guān)敘述正確的是()A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)))減小C．電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D．陰陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶液中電荷平衡解析：Zn作負(fù)極，Cu作正極，銅電極上發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋，正極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，而該離子交換膜是陽(yáng)離子交換膜，因此Zn2＋由甲池交換到乙池，故甲池中硫酸根離子濃度幾乎不變，B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；銅電極上Cu2＋放電，Zn2＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入乙池，C項(xiàng)正確。答案：C3．常溫下，將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池(圖1)，測(cè)得原電池的電流強(qiáng)度(I)隨時(shí)間(t)的變化如圖2所示，反應(yīng)過(guò)程中有紅棕色氣體產(chǎn)生。0～t1時(shí)，原電池的負(fù)極是Al片，此時(shí)，正極的電極反應(yīng)式是______________，溶液中的H＋向________極移動(dòng)。t1時(shí)，原電池中電子流動(dòng)方向發(fā)生改變，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。答案：2H＋＋NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋e－=NO2↑＋H2O正Al在濃HNO3中發(fā)生鈍化，氧化膜阻止了Al的進(jìn)一步反應(yīng)[歸納提升]原電池工作原理簡(jiǎn)圖題組二原電池原理的應(yīng)用4．(1)將過(guò)量的兩份鋅粉a、b分別加入一定量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，請(qǐng)畫(huà)出產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系圖像。(2)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過(guò)量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液。請(qǐng)畫(huà)出產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系圖像。(3)將第(2)題中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，請(qǐng)畫(huà)出產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系圖像。答案：(1)(2)(3)5．某?；瘜W(xué)興趣小組進(jìn)行探究性活動(dòng)：將氧化還原反應(yīng)2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I(xiàn)2，設(shè)計(jì)成帶鹽橋的原電池。提供的試劑：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任選。請(qǐng)畫(huà)出設(shè)計(jì)的原電池裝置圖，并標(biāo)出電極材料，電極名稱及電解質(zhì)溶液。答案：歸納提升畫(huà)原電池裝置圖常見(jiàn)失分點(diǎn)失分點(diǎn)1.不注明電極材料名稱或元素符號(hào)。失分點(diǎn)2.不畫(huà)出電解質(zhì)溶液(或畫(huà)出但不標(biāo)注)。失分點(diǎn)3.誤把鹽橋畫(huà)成導(dǎo)線。失分點(diǎn)4.不能連成閉合回路。題組三聚焦“鹽橋”原電池6．控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3＋被還原C．電流表讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D．電流表讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極解析：由圖示結(jié)合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3＋得電子變成Fe2＋被還原，I－失去電子變成I2被氧化，所以A、B正確；電流表讀數(shù)為零時(shí)，F(xiàn)e3＋得電子速率等于Fe2＋失電子速率，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；D項(xiàng)，在甲中溶入FeCl2固體，平衡2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I(xiàn)2向左移動(dòng)，I2被還原為I－，乙中石墨為正極，D不正確。答案：D7．(雙選)如圖Ⅰ、Ⅱ分別是甲、乙兩組同學(xué)將反應(yīng)“AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))＋2I－＋2H＋?AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(3))＋I(xiàn)2＋H2O”設(shè)計(jì)成的原電池裝置，其中C1、C2均為碳棒。甲組向圖Ⅰ燒杯中逐滴加入適量濃鹽酸；乙組向圖ⅡB燒杯中逐滴加入適量40%NaOH溶液。下列敘述中正確的是()A．甲組操作時(shí)，電流表(A)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．甲組操作時(shí)，溶液顏色變淺C．乙組操作時(shí)，C1做正極D．乙組操作時(shí)，C1上發(fā)生的電極反應(yīng)為I2＋2e－=2I－解析：裝置Ⅰ中的反應(yīng)，AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))＋2I－＋2H＋?AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(3))＋I(xiàn)2＋H2O，當(dāng)加入適量濃鹽酸時(shí)，平衡向右移動(dòng)，有電子轉(zhuǎn)移，但電子不會(huì)沿導(dǎo)線通過(guò)，所以甲組操作時(shí)，電流表(A)指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但由于I2濃度增大，所以溶液顏色變深；向裝置ⅡB燒杯中加入NaOH溶液，C2上發(fā)生：AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(3))－2e－＋2OH－=AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))＋H2O，電子沿導(dǎo)線到C1棒，I2＋2e－=2I－，所以C2為負(fù)極，C1為正極。答案：CD考點(diǎn)2化學(xué)電源一、一次電池：只能使用一次，不能充電復(fù)原繼續(xù)使用1．堿性鋅錳干電池總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。負(fù)極材料：Zn。電極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正極材料：碳棒。電極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－。2．紐扣式鋅銀電池總反應(yīng)式：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。電解質(zhì)是KOH。負(fù)極材料：Zn。電極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正極材料：Ag2O。電極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。3．鋰電池Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。(1)負(fù)極材料為鋰，電極反應(yīng)為8Li－8e－=8Li＋。(2)正極的電極反應(yīng)為3SOCl2＋8e－=2S＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋6Cl－。二、二次電池：放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用鉛蓄電池總反應(yīng)：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)(1)放電時(shí)——原電池負(fù)極反應(yīng)：Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－=PbSO4；正極反應(yīng)：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O。(2)充電時(shí)——電解池陰極反應(yīng)：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))；陽(yáng)極反應(yīng)：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))_。三、“高效、環(huán)境友好”的燃料電池1．氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，分為酸性和堿性兩種。電池酸性堿性或中性負(fù)極反應(yīng)式2H2－4e－=4H＋2H2－4e－＋4OH－=4H2O正極反應(yīng)式O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋4e－＋2H2O=4OH－總反應(yīng)式2H2＋O2=2H2O備注燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用2.解答燃料電池題目的思維模型(1)鉛蓄電池放電時(shí)，正極與負(fù)極質(zhì)量均增加。()(2)手機(jī)、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池。()(3)若使反應(yīng)Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋以原電池方式進(jìn)行，可用鋅鐵做電極材料。()(4)堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)。()(5)燃料電池工作時(shí)燃料在電池中燃燒，然后熱能轉(zhuǎn)化為電能。()(6)鉛蓄電池工作時(shí)，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，消耗0.1molH2SO4。()答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×可充電電池充電時(shí)電極與外接電源的正、負(fù)極如何連接？答案：題組一傳統(tǒng)一次電池1．酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過(guò)程中產(chǎn)生MnOOH。(1)該電池的正極反應(yīng)式為_(kāi)__________________________________________，電池總反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)__________________________________________。(2)維持電流強(qiáng)度為0.5A，電池工作5分鐘，理論上消耗鋅________g(已知F＝96500C·mol－1)。解析：(1)根據(jù)酸性鋅錳干電池的構(gòu)造可知，放電時(shí)，負(fù)極Zn失去電子生成Zn2＋，正極MnO2得到電子生成MnOOH，從而可寫(xiě)出正極和負(fù)極的電極反應(yīng)式，然后在遵循得失電子守恒的前提下，將兩極反應(yīng)式加合可得電池總反應(yīng)的離子方程式。(2)電池工作5分鐘，通過(guò)的電量Q＝0.5A×5min×60s·min－1＝150C，則理論上消耗Zn的質(zhì)量m(Zn)＝eq\f(150C,2×96500C·mol－1)×65g·mol－1≈0.05g。答案：(1)MnO2＋e－＋H＋=MnOOHZn＋2MnO2＋2H＋=Zn2＋＋2MnOOH(2)0.05題組二傳統(tǒng)二次電池2．鎘鎳可充電電池的充、放電反應(yīng)按下式進(jìn)行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，由此判斷錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，Cd作負(fù)極B．充電時(shí)，正極上發(fā)生還原反應(yīng)C．電解質(zhì)溶液為堿性溶液D．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Cd＋2OH－－2e－=Cd(OH)2解析：該原電池放電時(shí)，Cd元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià)，Cd失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極，故A正確；充電時(shí)，正極是陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；放電時(shí)，正、負(fù)極上電極反應(yīng)式分別為NiO(OH)＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－、Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2，根據(jù)電極反應(yīng)式知，電解質(zhì)溶液為堿性溶液，故C正確；放電時(shí)，Cd失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Cd＋2OH－－2e－=Cd(OH)2，故D正確。答案：B3．鉛蓄電池是典型的可充電電池，它的正、負(fù)極板是惰性材料，電池總反應(yīng)式為Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))2PbSO4＋2H2O。請(qǐng)回答下列問(wèn)題(不考慮氫、氧的氧化還原)：(1)放電時(shí)：正極的電極反應(yīng)式是_________________________________________________________________________________________________________；電解液中H2SO4的濃度將變________；當(dāng)外電路通過(guò)1mol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加________g。(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時(shí)，若按如圖連接，電解一段時(shí)間后，則在A電極上生成________，B電極上生成________，此時(shí)鉛蓄電池的正極、負(fù)極的極性將________。解析：(1)原電池里正極上得電子，負(fù)極上失電子。根據(jù)電池總反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)為Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－=PbSO4質(zhì)量增加2mol96g1molΔm求得Δm＝48g。(2)電解池里與電源正極相連的電極(陽(yáng)極)上失電子，與電源負(fù)極相連的電極(陰極)上得電子。則陽(yáng)極反應(yīng)為PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))；陰極反應(yīng)為PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))。根據(jù)圖示，電解一段時(shí)間后，原PbO2極變成Pb，原Pb極變成PbO2，即鉛蓄電池的正負(fù)極的極性對(duì)換。答案：(1)PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))=PbSO4＋2H2O小48(2)PbPbO2對(duì)換題組三新型二次電池4．(2020·河北省承德月考)用吸附了H2的碳納米管等材料制作的二次電池的原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A．放電時(shí)，甲電極為正極，OH－移向乙電極B．放電時(shí)，乙電極反應(yīng)為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiO(OH)＋H2OC．充電時(shí)，電池的甲電極與直流電源的正極相連D．電池總反應(yīng)為H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2解析：A.放電時(shí)，該電池為原電池，電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以O(shè)H－向負(fù)極甲電極移動(dòng)，A錯(cuò)誤；B.放電時(shí)，乙電極為正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為NiO(OH)＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－，B錯(cuò)誤；C.放電時(shí)，氫氣在碳電極發(fā)生氧化反應(yīng)，碳電極作負(fù)極；充電時(shí)，碳電極發(fā)生還原反應(yīng)，作陰極，應(yīng)與電源的負(fù)極相連，C錯(cuò)誤；D.放電時(shí)，正極電極反應(yīng)式為NiO(OH)＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－，負(fù)極電極反應(yīng)式為H2＋2OH－－2e－=2H2O，兩式相加得總反應(yīng)：H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2，D正確。答案：D題組四鋰離子電池5．石墨烯電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，而研發(fā)的新型可充放電電池，其反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2，其工作原理如圖所示。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法正確的是()A．充電時(shí)，Li＋嵌入LiCoO2中B．放電時(shí)，LiCoO2極發(fā)生的電極反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋C．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－e－=Li＋D．充電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1mole－，石墨烯電極增重7g解析：根據(jù)電池反應(yīng)式知，負(fù)極反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6－xe－=C6＋xLi＋，正極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2，B、C錯(cuò)誤；充電時(shí)，陰極、陽(yáng)極反應(yīng)式與負(fù)極、正極反應(yīng)式正好相反，石墨烯為陰極，C6發(fā)生還原反應(yīng)生成LixC6，則Li＋向石墨烯移動(dòng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，石墨烯電極的電極反應(yīng)式為C6＋xLi＋＋xe－=LixC6，根據(jù)關(guān)系式xe－～C6～LixC6電極增重的實(shí)際質(zhì)量為鋰元素的質(zhì)量，所以若轉(zhuǎn)移1mole－，電極增重為1mol×7g·mol－1＝7g，故D項(xiàng)正確。答案：D6．(雙選)鋁-石墨雙離子電池是一種全新的低成本高效能電池，反應(yīng)原理為AlLi＋Cx(PF6)Al＋xC＋Li＋＋PFeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(6))。下列說(shuō)法正確的是()A．放電時(shí)，外電路中電子向鋁鋰電極移動(dòng)B．充電時(shí)，應(yīng)將石墨電極與電源負(fù)極相連C．放電時(shí)，正極反應(yīng)式為Cx(PF6)＋e－=xC＋PFeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(6))D．充電時(shí)，若電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，則陰極質(zhì)量增加7g解析：根據(jù)反應(yīng)總方程式可知，該裝置放電過(guò)程中，鋰元素化合價(jià)升高發(fā)生氧化反應(yīng)，所以鋁鋰電極作負(fù)極，石墨電極作正極，則外電路電子向石墨電極移動(dòng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；充電過(guò)程為放電過(guò)程的逆過(guò)程，石墨電極作為陽(yáng)極與電源的正極相連，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)正極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式可表示為Cx(PF6)＋e－=xC＋PFeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(6))，故C項(xiàng)正確；充電時(shí)，陰極鋰離子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：Al＋Li＋＋e－=AlLi，所以轉(zhuǎn)移1mole－，陰極電極從Al變?yōu)锳lLi將增重1mol×7g·mol－1＝7g，故D項(xiàng)正確。答案：CD四步敲定高考新情景電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)近幾年高考中的新型電池種類繁多，“儲(chǔ)氫電池”“高鐵電池”“海洋電池”“燃料電池”“鋰離子電池”等，這些新型電源常以選擇題的形式呈現(xiàn)。解答這類考題，首先要理解常見(jiàn)的化學(xué)電源種類及原電池的工作原理，其次會(huì)判斷正負(fù)電極或陰陽(yáng)極，以及會(huì)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式等，其中，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)要求較高，難度較大。1．以CH3OH燃料電池的負(fù)極為例解讀四步法第一步，還原劑－ne－→氧化產(chǎn)物：CH3OH－ne－→CO2↑(注意電解質(zhì)溶液呈堿性時(shí)：CH3OH－ne－→COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))。第二步，標(biāo)變價(jià)算n值：n＝[4－(－2)]×1＝6。第三步，根據(jù)電池情景用H＋、OH－、O2－、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))等陰、陽(yáng)離子配平電荷；即在第二步的基礎(chǔ)上觀察方程式：CH3OH－6e－→CO2↑左邊有6個(gè)單位的正電荷。(1)酸性電解質(zhì)時(shí)右邊加6個(gè)單位的H＋使電荷守恒：得CH3OH－6e－→CO2↑＋6H＋；(2)熔融氧化物為電解質(zhì)時(shí)左邊加3個(gè)單位的O2－使電荷守恒：得CH3OH－6e－＋3O2－→CO2↑；(3)熔融碳酸鹽為電解質(zhì)時(shí)左邊加3個(gè)單位的COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))使電荷守恒：得CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))→4CO2↑；(4)堿性電解質(zhì)時(shí)，在第二步的基礎(chǔ)上觀察方程式：CH3OH－6e－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))左邊有6個(gè)單位的正電荷，右邊有2個(gè)單位的負(fù)電荷，此時(shí)，左邊加8個(gè)單位的OH－使電荷守恒：得CH3OH－6e－＋8OH－→COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))。第四步，用H2O等小分子配平原子。(1)酸性電解質(zhì)時(shí)左邊加1個(gè)單位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋；(2)熔融氧化物為電解質(zhì)時(shí)右邊加2個(gè)單位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋3O2－=CO2↑＋2H2O；(3)熔融碳酸鹽為電解質(zhì)時(shí)右邊加2個(gè)單位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))=4CO2↑＋2H2O；(4)堿性電解質(zhì)時(shí)右邊加6個(gè)單位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋6H2O?！八牟椒ā睍?shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的步驟歸納如下：第一步：書(shū)寫(xiě)負(fù)極(陽(yáng)極)，還原性微粒－ne－→氧化性產(chǎn)物；正極(陰極)：氧化性微粒＋ne－→還原性產(chǎn)物。第二步：標(biāo)變價(jià)算n值，n＝(高價(jià)－低價(jià))×變價(jià)原子個(gè)數(shù)。第三步：根據(jù)電池情景用H＋、OH－、O2－、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))等陰、陽(yáng)離子配平電荷。第四步：用H2O等小分子配平原子。2．已知總方程式，書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的步驟與技巧(1)書(shū)寫(xiě)步驟①步驟一：在電池總反應(yīng)式上標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目(ne－)。②步驟二：找出正、負(fù)極，失電子的電極為負(fù)極；確定溶液的酸堿性。③步驟三：寫(xiě)電極反應(yīng)式。負(fù)極反應(yīng)：還原劑－ne－→氧化產(chǎn)物正極反應(yīng)：氧化劑＋ne－→還原產(chǎn)物(2)書(shū)寫(xiě)技巧若某電極反應(yīng)式較難寫(xiě)時(shí)，可先寫(xiě)出較易的電極反應(yīng)式，用總反應(yīng)式減去較易的電極反應(yīng)式，即可得出較難寫(xiě)的電極反應(yīng)式。[考能突破練]1．MgAgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池反應(yīng)方程式為2AgCl＋Mg=Mg2＋＋2Ag＋2Cl－，試書(shū)寫(xiě)該電池的電極反應(yīng)式：負(fù)極：___________________________________________________________________________________________________________________________________；正極：___________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：Mg－2e－=Mg2＋2AgCl＋2e－=2Ag＋2Cl－2．鋁-空氣海水電池：以鋁板為負(fù)極，鉑網(wǎng)為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流。電池總反應(yīng)為4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3；負(fù)極：__________________________________________________________________________________________________________________________________；正極：___________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：4Al－12e－=4Al3＋3O2＋6H2O＋12e－=12OH－3．某電動(dòng)汽車配載一種可充放電的鋰離子電池。放電時(shí)電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i1－xCoO2＋LixC6=LiCoO2＋C6(x<1)；負(fù)極：__________________________________________________________________________________________________________________________________；正極：___________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：LixC6－xe－=xLi＋＋C6Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO24．一種碳納米管能夠吸附氫氣，可作二次電池(如下圖所示)的碳電極。該電池的電解質(zhì)溶液為6mol·L－1的KOH溶液。寫(xiě)出放電時(shí)的正、負(fù)極電極反應(yīng)式：負(fù)極：____________________________________________________________________________________________________________________________________；正極：___________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：H2－2e－＋2OH－=2H2O2NiO(OH)＋2H2O＋2e－=2Ni(OH)2＋2OH－5．以甲烷燃料電池為例來(lái)分析不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)。(1)酸性介質(zhì)(如H2SO4)負(fù)極：______________________________________________________________；正極：_____________________________________________________________；總反應(yīng)式：_________________________________________________________。(2)堿性介質(zhì)(如KOH)負(fù)極：_____________________________________________________________；正極：_____________________________________________________________；總反應(yīng)式：_______________________________________________________。(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)負(fù)極：____________________________________________________________；正極：_____________________________________________________________；總反應(yīng)式：________________________________________________________。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下負(fù)極：____________________________________________________________；正極：____________________________________________________________；總反應(yīng)式：________________________________________________________。答案：(1)CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋2O2＋8e－＋8H＋=4H2OCH4＋2O2=CO2＋2H2O(2)CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋7H2O2O2＋8e－＋4H2O=8OH－CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋3H2O(3)CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O2O2＋8e－=4O2－CH4＋2O2=CO2＋2H2O(4)CH4－8e－＋4COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))=5CO2＋2H2O2O2＋8e－＋4CO2=4COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))CH4＋2O2=CO2＋2H2O1．(2020·高考全國(guó)卷Ⅲ)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))＋2B(OH)eq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋4H2O，該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．負(fù)載通過(guò)0.04mol電子時(shí)，有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)B．正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高C．電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋4VOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))D．電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極解析：根據(jù)VB2電極發(fā)生的反應(yīng)VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))＋2B(OH)eq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋4H2O，判斷得出VB2電極為負(fù)極，復(fù)合碳電極為正極，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋4VOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))，C正確；負(fù)載通過(guò)0.04mol電子時(shí)，有0.01mol氧氣參與反應(yīng)，即標(biāo)準(zhǔn)狀況下有0.224L氧氣參與反應(yīng)，A正確；負(fù)極區(qū)消耗OH－，溶液的pH降低，正極區(qū)生成OH－，溶液的pH升高，B錯(cuò)誤；電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極，D正確。答案：B2．(2020·高考全國(guó)卷Ⅰ)科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如下，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時(shí)，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問(wèn)題提供了一種新途徑。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))B．放電時(shí)，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC.充電時(shí)，電池總反應(yīng)為2Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充電時(shí)，正極溶液中OH－濃度升高解析：由裝置示意圖可知，放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，A項(xiàng)正確；放電時(shí)CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，C元素化合價(jià)降低2，則1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移電子2mol，B項(xiàng)正確；由裝置示意圖可知充電時(shí)正極(陽(yáng)極)產(chǎn)生O2，負(fù)極(陰極)產(chǎn)生Zn，C項(xiàng)正確；充電時(shí)正極(陽(yáng)極)上發(fā)生反應(yīng)2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，OH－濃度降低，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：D3．(2019·高考全國(guó)卷Ⅰ)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時(shí)還可提供電能B.陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C．正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D．電池工作時(shí)質(zhì)子通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)解析：A對(duì)：該反應(yīng)中，可產(chǎn)生電流，反應(yīng)條件比較溫和，沒(méi)有高溫高壓條件。B錯(cuò)：該生物燃料電池中，左端電極反應(yīng)式為MV＋－e－=MV2＋，則左端電極是負(fù)極，應(yīng)為負(fù)極區(qū)，在氫化酶作用下，發(fā)生反應(yīng)H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋。C對(duì)：右端電極反應(yīng)式為MV2＋＋e－=MV＋，是正極，在正極區(qū)N2得到電子生成NH3，發(fā)生還原反應(yīng)。D對(duì)：原電池中，內(nèi)電路中H＋通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)。答案：B4．(2019·高考全國(guó)卷Ⅲ)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高B．充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)