第七章 素能提升12　新型化学电源及分析-2025年高考化学一轮总复习课件

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1．液流电池液流电池由电堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成，是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点。(1)判断放电时电池的正极和负极：依据物质转化中元素化合价的变化，或离子的移动方向(电流的流向)等。
(2)结合原电池原理，确定正极、负极的反应，判断电极区(或整个电解质溶液)的变化等。(3)根据充电、放电时电极反应的互逆性，推测充电时电极反应及变化等。
[典例1] (2022·广东卷)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图所示)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(　　)
A．充电时电极b是阴极B．放电时NaCl溶液的pH减小C．放电时NaCl溶液的浓度增大D．每生成1 ml Cl2，电极a的质量理论上增加23 g
据题中已知信息可知，充电时电极b的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，则充电时电极b为阳极，A错误；充电、放电过程溶液的pH没有发生变化，B错误；由充电时的电极反应可知，放电时的总反应为Na3Ti2(PO4)3＋Cl2===2Cl－＋2Na＋＋NaTi2(PO4)3，显然NaCl溶液的浓度增大，C正确；每生成1 ml Cl2，转移2 ml电子，电极a有1 ml NaTi2(PO4)3转化为Na3Ti2(PO4)3，故电极a理论上增加的质量为2 ml×23 g/ml＝46 g，D错误。
2．浓差电池浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置，两侧半电池中的特定物质有浓度差，由于浓度差导致半电池上发生的氧化还原反应程度不同，从而产生不同的电势。(1)结合目的及离子的定性移动判断离子交换膜的种类，确定是阳离子交换膜、阴离子交换膜还是质子交换膜等。(2)判断电池的正、负极：两侧半电池中的特定物质存在浓度差，离子是由“高浓度”区移向“低浓度”区，阴离子移向负极，阳离子移向正极。(3)结合原电池的工作原理，确定正极、负极的反应式，判断电极区(或电解质溶液)的pH变化等。
[典例2] (2024·山东省新高考联合测评)由相同金属电极及其不同浓度的盐溶液组成的电池，称浓差电池，电子由溶液浓度较小的一极经外电路流向浓度较大的一极。如图所示装置中，X电极与Y电极初始质量相等。进行实验时，先闭合K2，断开K1，一段时间后，再断开K2，闭合K1，即可形成浓差电池，电流表指针偏转。下列说法不正确的是(　　)
1．全钒液流储能电池一次性充电后，续航能力可达1 000 km，而充电时间只需3～5 min，被誉为“完美电池”，其原理如图所示(已知V2＋呈紫色，V3＋呈绿色)。电池放电时，左槽溶液质量增加。下列说法正确的是(　　)
2．(2024·河北秦皇岛开学联考)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示意图如图所示。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)
A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－B．放电时，溶液中离子的数目增大C．充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 ml I－被氧化D．充电时，a电极接外电源负极
根据电池的工作原理示意图可知，放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B正确；充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重0.65 g时，转移0.02 ml e－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根据各电极上转移电子数相同，则有0.02 ml I－被氧化，C正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D错误。
3．(2022·辽宁卷)某储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋B．放电时Cl－透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移C．放电时每转移1 ml电子，理论上CCl4吸收0.5 ml Cl2D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大
放电时，负极失电子，发生氧化反应，电极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，A正确；放电时，阴离子移向负极，故Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl溶液中迁移，B错误；放电时正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，转移1 ml电子，理论上CCl4释放出0.5 ml Cl2，C错误；充电过程中，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2，消耗Cl－，阴极消耗Na＋，NaCl溶液浓度减小，D错误。
4．(2023·河北张家口一模)利用同种气体在两极浓度不同而产生电势差可设计成气体浓差电池，利用浓差电池可测定混合气体中某气体含量。实验室通过氧气浓差电池测定空气中氧气含量的工作原理如图所示，其中在参比电极上通入纯氧气，测量电极上通入空气。下列说法错误的是(　　)
A．熔融ZrO2、CaO混合物可用于传递O2－B．工作时，电子由测量电极经外电路流向参比电极C．工作时，用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确D．相同压强下，电势差越大，空气中氧气含量越高
氧气在反应中得到电子发生还原反应，则参比电极作正极，氧气得电子转化为O2－，负极O2－失电子生成氧气，电子由负极经外电路流向正极，熔融金属氧化物电离出的氧离子向负极定向移动可用于传递O2－，A正确； 电子由负极经外电路流向正极，故工作时，电子由测量电极经外电路流向参比电极，B正确；由工作原理知，负极氧离子失去电子发生氧化反应会不断生成氧气，混合气体氧气浓度增大，故用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确，C正确；两极氧气浓度差越大，两极电势差越大，则相同压强下，电势差越大，空气中氧气含量越低，D错误。