2021版江苏新高考选考化学（苏教版）一轮复习教师用书：专题63小专题突破4　新型化学电源及电极反应式的书写

小专题突破4　新型化学电源及电极反应式的书写

[专题精讲]

近几年高考中的新型化学电源种类繁多，如“生物燃料电池”“新型二次电池”“空气电池”“锂硫电池”等，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)

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—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CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O，

正极反应式为3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，

则负极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋。

简单电极反应中转移的电子数必须与总反应式中转移的电子数相同。

[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xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4。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Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===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2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

解析：选D。Li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，即Li＋穿过固体薄膜进入电解质水溶液中，然后移向电极b，A、B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＋由正极经过有机电解质溶液移向负极

C．开关K闭合给锂电池充电，X为直流电源负极

D．充电时，阳极的电极反应式为Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋

解析：选CD。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项错误；充电时，直流电源负极与电池负极(金属锂)相连，故X为直流电源负极，C项正确；充电时，空气电极做阳极，此时Li2O2失去电子生成O2：Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋，D项正确。

可充电电池电极反应式书写技巧

书写电池电极反应式时，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。

3．(1)(2018·高考天津卷)O2辅助的Al­CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

电池的负极反应式：___________________________________________。

电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O

6CO2＋6O===3C2O＋6O2

反应过程中O2的作用是__________________________________________。

该电池的总反应式：_____________________________________________。

(2)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池。电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。正极反应式是_________________

________________________________________________________________________。

(3)一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl和Al2Cl两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为____________________。

解析：(1)该电池中Al做负极，电解质为含AlCl3的离子液体，故负极反应为Al－3e－===Al3＋。正极为多孔碳电极，根据正极反应式，得正极总反应为6CO2＋6e－===3C2O，O2不参与正极的总反应，故O2为催化剂。将负极反应：2Al－6e－===2Al3＋和正极反应：6CO2＋6e－===3C2O相加，可得该电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。

(2)正极发生还原反应，由总反应式知，FeS2(Fe显＋2价)Fe(Fe显0价)、FeS2(S显－1价)Li2S(S显－2价)，结合电解质溶液中含Li＋可知，正极反应式为FeS2＋4e－＋4Li＋===Fe＋2Li2S或FeS2＋4e－===Fe＋2S2－。

(3)因为没有其他离子放电，因此负极反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl。

答案：(1)Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)　催化剂　2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3

(2)FeS2＋4e－＋4Li＋===Fe＋2Li2S(或FeS2＋4e－===Fe＋2S2－)

(3)Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl

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，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极b做________极，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。

①X为________极，Y极反应式为_______________________________________。

②Y极生成1 mol Cl2时，________mol Li＋移向________(填“X”或“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__________________________________________________。

解析：(1)从图示可以看出，左侧H2O转变成O2，O元素化合价升高，电极a为负极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，H＋通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的CO2转变成HCOOH，C元素化合价降低，电极b为正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===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，N2H4→N2为氧化反应，在负极上发生。

答案：(1)正　CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH

(2)①正　2Cl－－2e－===Cl2↑　②2　X

(3)N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－