2021届高中化学同步选择性必修第一册 第4章 微专题9 新型化学电源学案
展开微专题9 新型化学电源
1．常见考查方向
①电极的判断，②电子或电流的流向，③溶液中离子的流向，④电极的反应类型，⑤pH的变化，⑥电子的转移数目，⑦电极反应式的书写。
2．正负极的判断
(1)根据装置图判断：①电子流向或电流流向，②电解质溶液中离子流向，③加入或生成物质的化合价变化。
(2)根据总方程式判断：根据化合价变化，化合价升高的为负极，化合价降低的为正极。
3．电极反应式的书写
(1)放电时电极反应式的书写
写出电极反应中化合价变化的物质，然后利用氧化还原反应的配平方法，写出电极反应式。
(2)充电时的电极反应，利用放电时电极反应的逆方向书写。
(1)若有质子交换膜，则电解质溶液为酸性。
(2)水溶液中不能出现O2－，O2－＋4H＋===2H2O(酸性)，O2－＋H2O===2OH－(碱性)。
(3)考虑产物与溶液中的离子是否共存。
(4)熔融碳酸盐燃料(CO、CxHy或CxHyOz)电池工作时，负极燃料失电子与CO结合生成CO2，正极O2得电子生成的O2－与CO2反应生成CO。
1．用吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．充电时，阴极的电极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O
B．放电时，负极的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O
C．放电时，OH－移向镍电极
D．充电时，将电池的碳电极与外电源的正极相连
答案 B
解析 放电时相当于原电池，负极失去电子，氢气在负极放电，B项正确；放电时OH－等阴离子向负极移动，结合图示电子流向可确定碳电极为负极，即OH－向碳电极移动，C项错误；充电时相当于电解池，阴极发生还原反应，A项错误；充电时电池的碳电极与外电源的负极相连，D项错误。
2.(2020·曲靖市富源县教育局高二期末)流动电池是一种新型电池。其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动，在电池外部调节电解质溶液，以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。北京化工大学新开发的一种流动电池如图所示，电池总反应为Cu＋PbO2＋2H2SO4 ===CuSO4＋PbSO4＋2H2O。下列说法不正确的是( )
A．a为负极，b为正极
B．该电池工作时PbO2电极附近溶液的pH增大
C．a极的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
D．调节电解质溶液的方法是补充CuSO4
答案 D
解析 电池总反应为Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O，则铜失电子发生氧化反应为负极，PbO2得电子发生还原反应为正极，所以a为负极，b为正极，故A正确；PbO2得电子发生还原反应为正极，电极反应式为：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，所以PbO2电极附近溶液的pH增大，故B正确；铜失电子发生氧化反应，电极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋，故C正确；由电池总反应Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O可知，调节电解质溶液的方法是补充H2SO4，故D错误。
3．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子
B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．电池工作时，CO向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO
答案 D
解析 A项，H4→O，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，错误；该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为O2＋4e－＋2CO2===2CO，正确。
4．近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂—铜空气燃料电池，该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，如图所示。下列说法不正确的是( )
A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动
B．放电时，负极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O
D．整个反应过程中，铜相当于催化剂
答案 B
解析 由题中装置图和放电时总反应可知，放电时Li为负极，Cu为正极，阳离子向正极移动，A项正确；放电时，负极Li失电子转化成Li＋，B项错误；结合题中装置图可知，通入空气铜被腐蚀，生成Cu2O，C项正确；铜被腐蚀生成Cu2O，放电时Cu2O又被还原成Cu，所以整个反应过程中Cu相当于催化剂，D项正确。
5．某新型电池以NaBH4(B的化合价为＋3价)和H2O2作原料，负极材料采用Pt，正极材料采用MnO2(既作电极材料又对该极的电极反应具有催化作用)，该电池可用作卫星、深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．每消耗3 mol H2O2，转移6 mol e－
B．电池工作时Na＋从b极区移向a极区
C．a极上的电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
D．b极材料是MnO2，该电池总反应方程式：NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O
答案 B
解析 正极电极反应式为H2O2＋2e－===2OH－，每消耗3 mol H2O2，转移的电子为6 mol，故A正确；原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则Na＋从a极区移向b极区，故B错误；负极发生氧化反应生成BO，电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，故C正确；电极b采用MnO2为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH－，负极发生氧化反应生成BO，该电池总反应方程式为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，故D正确。
6．(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图1所示是高铁电池的模拟实验装置。
①该电池放电时正极的电极反应式为_______________________________________________。
②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向______________________________________
(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。
③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有________________________________________________________________________。
(2)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图3所示。该电池中O2－可以在固体介质NASICON(固溶体)内自由移动，工作时O2－的移动方向________(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为_________________________________________。
答案 (1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－ ②右 左 ③使用时间长、工作电压稳定
(2)从b到a CO＋O2－－2e－===CO2
解析 (1)①放电时高铁酸钾为正极，正极发生还原反应，电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－。②电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。
(2)工作时电极b作正极，O2－由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2。
