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    2021版新高考地区选考化学(人教版)一轮复习教师用书:小专题突破6 新型化学电源及电极反应式的书写

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    小专题突破6 新型化学电源及电极反应式的书写

    ——证据推理与模型认知

    [专题精讲]

    近几年高考中的新型化学电源种类繁多生物燃料电池”“新型二次电池”“空气电池”“锂硫电池这些新型化学电源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原电池的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电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写)

    两电极反应式相加与总反应式对照验证

    2已知总方程式书写电极反应式

    (1)书写步骤

    步骤一:写出电池总反应式标出电子转移的方向和数目(ne)

    步骤二:找出正、负极失电子的电极为负极得电子的电极为正极;确定溶液的酸碱性。

    步骤三:写电极反应式。

    负极反应:还原剂-ne===氧化产物

    正极反应:氧化剂+ne===还原产物

    (2)书写技巧

    若某电极反应式较难写时可先写出较易写的电极反应式用总反应式减去较易写的电极反应式即可得出较难写的电极反应式。如CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中

    总反应式为CH3OCH33O2===2CO23H2O

    正极反应式为3O212H12e===6H2O

    则负极反应式为CH3OCH33H2O12e===2CO212H

    简单电极反应中转移的电子数必须与总反应方程式中转移的电子数相同。

    3氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应式总结

    负极

    正极

    [专题精练]

    1(新型化学电源在生产、生活中的最新应用)我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车的发展扫除了障碍装置原理如图所示其中固体薄膜只允许Li通过。锂离子电池的总反应为xLiLi1xMn2O4LiMn2O4。下列有关说法错误的是(  )

    A放电时Li穿过固体薄膜进入电解质水溶液中

    B放电时正极反应为Li1xMn2O4xLixe===LiMn2O4

    C充电时电极b为阳极发生氧化反应

    D该电池的缺点是存在副反应:2Li2H2O===2LiOHH2

    解析:DLi为活泼金属放电时发生氧化反应故电极a为负极阳离子从负极移向正极Li穿过固体薄膜进入电解质水溶液中然后移向电极bAB项正确;充电时电池正极接外电源正极发生氧化反应电极b是阳极C项正确;由于固体薄膜只允许Li通过水不能与Li接触故不存在Li与水的反应D项错误。

    2(双选)我国科学家用毛笔书写后的纸张作为空气电极设计并组装了轻型、柔性且可折叠的可充电锂­空气电池(图甲),电池的工作原理如图乙。下列有关说法正确的是(  )

    A放电时纸张中的纤维素做锂电池的正极

    B放电时Li由负极经过有机电解质溶液移向正极

    C开关K闭合给锂电池充电X为直流电源正极

    D充电时阳极的电极反应式为Li2O22e===O22Li

    解析:BD。纤维素不导电石墨导电故放电时纸张表面毛笔书写后留下的石墨做电池正极A项错误;电池放电时电解质中的阳离子移向正极故锂电池放电时带正电荷的Li由负极经过有机电解质溶液移向正极B项正确;充电时直流电源负极与电池负极(金属锂)相连X为直流电源负极C项错误;充电时空气电极做阳极此时Li2O2失去电子生成O2Li2O22e===O22LiD项正确。

    3以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。

    (1)酸性条件

    总反应式:___________________________________________________________

    正极反应式:_________________________________________________________

    负极反应式:_________________________________________________________

    (2)碱性条件

    总反应式:___________________________________________________________

    正极反应式:_________________________________________________________

    负极反应式:_________________________________________________________

    (3)固体电解质(高温下能传导O2)

    总反应式:___________________________________________________________

    正极反应式:_________________________________________________________

    负极反应式:_________________________________________________________

    (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)

    总反应式:___________________________________________________________

    正极反应式:_________________________________________________________

    负极反应式:_________________________________________________________

    答案:(1)CH42O2===CO22H2O

    2O28H8e===4H2O

    CH48e2H2O===CO28H

    (2)CH42O22OH===CO3H2O

    2O24H2O8e===8OH

    CH410OH8e===CO7H2O

    (3)CH42O2===CO22H2O

    2O28e===4O2

    CH44O28e===CO22H2O

    (4)CH42O2===CO22H2O

    2O24CO28e===4CO

    CH44CO8e===5CO22H2O

    4(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用CO2H2O为原料制备HCOOHO2的原理示意图。电极b________表面发生的电极反应为_____________________________________

    (2)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。

    X________Y反应式为____________________________________

    Y极生成1 mol Cl2________mol Li移向________(“X”“Y”)极。

    (3)一种以肼(N2H4)为液体燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气做氧化剂KOH做电解质。

    负极反应式为_________________________________________

    正极反应式为_________________________________________

    (4)Mg­AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池电池反应方程式为2AgClMg===Mg22Ag2Cl

    负极反应式为_____________________________________________________

    正极反应式为_____________________________________________________

    解析:(1)从图示可以看出左侧H2O转变成O2O元素化合价升高电极a为负极电极反应式为2H2O4e===4HO2H通过质子交换膜进入右侧发生反应右侧通入的CO2转变成HCOOHC元素化合价降低电极b为正极电极反应式为CO22e2H===HCOOH(2)根据装置可知生成H2的电极为正极生成Cl2的电极为负极。(3)根据装置可知N2H4N2为氧化反应在负极上发生。

    答案:(1)正 CO22e2H===HCOOH

    (2)正 2Cl2e===Cl2 2 X

    (3)N2H44e4OH===N24H2O O24e2H2O===4OH

    (4)Mg2e===Mg2 2AgCl2e===2Ag2Cl

    可充电电池电极反应式书写技巧

    书写可充电电池电极反应式时一般都是先书写放电的电极反应式。充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。根据正确书写的电极反应式可顺利判断各电极周围溶液pH的变化。

     

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