第40讲 常考新型化学电源 2024高考化学一轮复习高频考点精讲（新教材新高考） 课件

这是一份第40讲 常考新型化学电源 2024高考化学一轮复习高频考点精讲（新教材新高考） 课件，共44页。PPT课件主要包含了复习目标，电极反应式的书写，锂电池与锂离子电池，类型一，必备知识，专项突破，微生物燃料电池，类型二，物质循环转化型电池，类型三等内容，欢迎下载使用。
1.知道常考新型化学电源的类型及考查方式。2.会分析新型化学电源的工作原理，能正确书写新型化学电源的电极反应式。
2.锂离子二次电池(1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化—还原”原理；在两极形成的电压降的驱动下，Li＋可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。(2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程：LixC6－xe－===C6＋xLi＋。(3)锂离子电池的正极材料一般为含Li＋的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCO2、LiMn2O4等。
1.锂电池锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化为Li＋，负极反应均为Li－e－===Li＋，负极生成的Li＋经过电解质定向移动到正极。
1.锂-液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂[Li2Sx(2≤x≤8)]分别作两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Li＋)为电解质，其反应原理如图所示。下列说法错误的是A.该电池比钠-液态多硫电池的比能量高B.放电时，内电路中Li＋的移动方向为从电极a到 电极bC.Al2O3的作用是导电、隔离电极反应物D.充电时，外电路中通过0.2 ml电子，阳极区单 质硫的质量增加3.2 g
由图分析知电极a为负极，电极b为正极，放电时，内电路中Li＋从电极a移向电极b，B正确；Al2O3为固体电解质，能导电，同时将两极反应物隔开，C正确；当外电路中通过0.2 ml e－时，阳极区生成0.1x ml硫，故阳极区生成硫的质量为3.2x g，D错误。
2.随着各地“限牌”政策的推出，电动汽年成为汽车界的“新宠”。某品牌全电动汽车使用的是钴酸锂(LiCO2)电池，其工作原理如图，A极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许特定的离子通过，电池反应为LixC6＋Li1－xCO2 C6＋LiCO2。下列说法不正确的是
A.隔膜只允许Li＋通过，放电时Li＋从左边流向右边B.放电时，正极锂的化合价未发生改变C.充电时B作阳极，电极反应式为LiCO2－xe－=== Li1－xCO2＋xLi＋D.废旧钴酸锂(LiCO2)电池进行“放电处理”让Li＋ 进入石墨中而有利于回收
据题意分析可知，A极为负极，B极为正极，该隔膜只允许Li＋通过，放电时Li＋向正极移动，即从左边流向右边，A正确；无论放电还是充电，Li元素化合价都是＋1价，化合价不变，B正确；充电时，B电极是阳极，其电极反应与放电时正极反应相反，故电极反应式为LiCO2－xe－=== Li1－xCO2＋xLi＋，C正确；根据电池反应知，充电时锂离子进入石墨中，D错误。
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。
1.(2022·山西朔州一中模拟)利用某新型微生物电池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是A.X电极是负极B.Y电极上的反应式：Cm(H2O)n－4me－===mCO2↑ ＋(n－2m)H2O＋4mH＋C.H＋由左向右移动D.有1 ml CO2生成时，消耗1 ml MnO2
根据装置图，X电极上MnO2转化成Mn2＋，化合价降低，发生还原反应，X作正极，A错误；Y电极为负极，Cm(H2O)n中C的平均化合价由0价升高为＋4价，电极反应式为Cm(H2O)n－4me－===mCO2↑＋(n－2m)H2O＋4mH＋，B正确；根据原电池工作原理，阳离子由负极向正极移动，即H＋由右向左移动，C错误；
正极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，建立关系式为2mMnO2～4me－～mCO2，有1 ml CO2生成时，消耗2 ml MnO2，D错误。
2.(2022·牡丹江一中高三模拟)如图是利用微生物将废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质而制作的化学电源，可给二次电池充电。下列说法正确的是A.M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－ ===2CO2＋N2＋16H＋B.充电时二次电池的正极应与M极相连C.H＋通过质子交换膜由N极向M极移动D.若N极消耗了标准状况下2.24 L O2，则有0.4 ml 电子从N极流向M极
由题图知，M极为负极，N极为正极，H2N(CH2)2NH2 在负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2＋N2＋16H＋，A正确；充电时二次电池的正极应与外接电源的正极相连，即与N极相连，B错误；H＋通过质子交换膜由M极移向N极，C错误；
根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。
1.液流电池是电化学储能领域的一个研究热点，其优点是储能容量大、使用寿命长。下图为一种中性Zn/Fe液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是A.充电时电极A连电源负极B.放电时正极电极反应为 ＋e－=== C.放电时负极区离子浓度增大，正极区离子 浓度减小D.充电时阴极电极反应： ＋2e－=== Zn＋4Br－
2.利用微生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应：H2＋ 2MV2＋===2H＋＋2MV＋C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反 应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，条件温和，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应：MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。
1.在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。(1)常见的离子交换膜
(2)离子交换膜的作用①能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。(3)离子交换膜的选择依据离子的定向移动。
2.“浓差电池”的分析方法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，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。
1.浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是A.电池工作时，Li＋通过离子导体移向Y极区B.电流由X极通过外电路流向Y极C.正极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑D.Y极每生成1 ml Cl2，X极区得到2 ml LiCl
加入盐酸，X极上生成氢气，H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，X极为正极，Y极上Cl－发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Y极是负极，电池工作时，Li＋向X极区移动，A项错误、C项正确；
在外电路中电流由正极流向负极，B项正确；Y极每生成1 ml Cl2，转移2 ml电子，有2 ml Li＋向正极移动，则X极区得到2 ml LiCl，D项正确。
2.利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响，可设计浓差电池。某热再生浓差电池工作原理如图所示，通入NH3时电池开始工作，左侧电极质量减少，右侧电极质量增加，中间A为阴离子交换膜，放电后可利用废热进行充电再生。下列说法不正确的是
1.(2020·山东，10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是A.负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1 ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5 gD.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量 之比为2∶1
由题图可知，a极为负极，b极为正极，则隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 ml电子通过时，则电解质溶液中有1 ml钠离子移向正极，1 ml氯离子移向负极，C项正确；
负极反应：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极反应：2H＋＋2e－===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，A、D项正确。
2.(2021·湖南，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：下列说法错误的是A.放电时，N极为正极B.放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不 断减小C.充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋ 2e－===ZnD.隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
由题意分析可知，放电时，N极为正极，故A正确；充电时，M极与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，故C正确。
3.(2022·全国乙卷，12)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是A.充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时，正极发生反应：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，则充电时总反应为Li2O2===2Li＋O2，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，A、B正确；
放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。
4.(2022·广东，16)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)。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质量理论上增加23 g