2027届高三化学（鲁科版）一轮复习课件热点专攻12 新型化学电源及分析

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近几年高考中的新型电池种类繁多,“浓差电池”“液流电池”“锂离子电池”等新型电池常以选择题的形式呈现。解答这类考题,首先要理解常见的化学电源种类及其工作原理,其次会判断正、负极或阴、阳极,以及会书写电极反应式等。
1.液流电池液流电池通常由电堆单元、电解质溶液、电解质溶液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成,是利用正、负极电解质溶液分开,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)根据放电、充电时电极反应的互逆性,推测充电时电极反应及变化等。
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氧化还原反应的程度不同,从而产生不同的电势。(1)结合目的及离子的定向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、负极的电极反应式,判断电极区(或电解质溶液)的pH变化等。
3.锂电池与锂离子电池(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+,负极反应为Li-e-══Li+,负极生成的Li+经过离子导体定向移动到正极。(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;在两极形成的电势差的驱动下,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。
题组1　液流电池1.(2025·山东卷改编)全铁液流电池工作原理如图所示,两电极分别为石墨电极和负载铁的石墨电极。下列说法正确的是(　　)
A.隔膜为阳离子交换膜B.放电时,a极为正极C.充电时,隔膜两侧溶液Fe2+浓度均减小D.理论上,Fe3+每减少1 ml,Fe2+总量相应增加2 ml
2.(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
解析:由充电时电极a的反应可知,充电时电极a发生还原反应,电极a是阴极,则电极b是阳极,A错误;放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-══ NaTi2(PO4)3+2Na+,正极反应为Cl2+2e-══2Cl-,反应后NaCl溶液的pH不变,Na+和Cl-浓度都增大,则放电时NaCl溶液的浓度增大,B错误、C正确;充电时阳极反应为2Cl--2e-══Cl2↑,阴极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-══ Na3Ti2(PO4)3,由得失电子守恒可知,每生成1 ml Cl2转移2 ml电子,电极a的质量理论上增加46 g,D错误。
题组2　浓差电池3.由相同金属电极及其不同浓度的盐溶液组成的电池为浓差电池,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(　　)
A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低,则该电极反应式为AgCl(s)+e-══Ag(s)+Cl-(0.1 ml·L-1)B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化C.分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势,可得出未知溶液的pHD.pH计工作时,电能转化为化学能
题组3　锂电池与锂离子电池5.(2025·浙江1月选考卷)一种可充放电Li-O2电池的结构示意图如图所示。该电池放电时,产物为Li2O和Li2O2,随温度升高Q(消耗1 ml O2转移的电子数)增大。下列说法不正确的是(　　)
A.该电池若用隔膜,可选用阳离子交换膜B.对废旧的该电池进行“放电处理”,让Li+从石墨烯中脱出有利于回收C.放电时,正极的电极反应式为Li1-xCO2+xLi++xe-══LiCO2D.充电时,电路中每转移1 ml e-,石墨烯电极的质量增加7x g