2024版新教材高考化学全程一轮总复习第六章化学反应与能量微专题大素养16新型电源工作原理学生用书

微专题·大素养 eq \o(○,\s\up1(16)) 新型电源工作原理【知识基础】1．知识迁移破解陌生电池装置2.可充电电池(二次电池)(1)可充电电池的分析流程①可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。②放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。③充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。a．首先应分清电池是放电还是充电。b．再判断出正、负极或阴、阳极。(2)可充电电池的思维模型因此，充电时电极的连接可简记为“负接负后作阴极，正接正后作阳极”。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。锂电池的负极材料是金属锂或锂合金，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。(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”理念；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”或者“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、、LiMn2O4等。充电、放电时正极材料上的电极反应、电池总反应如下表：微点拨　几种特殊的原电池一般情况下，能自发进行的氧化还原反应可设计成原电池，但也存在一些特殊情况。(1)沉淀反应、中和反应等非氧化还原反应也可以设计为原电池。如(2)利用离子浓度差也可以设计成原电池，即“浓差电池”，其总反应是一个体系的物理状态的变化。如(3)可逆的氧化还原反应也可设计成原电池，改变物质的浓度，电极反应式会发生变化。如【专题精练】1．随着可穿戴电子产品的快速发展，便携式柔性电池成为了电化学领域的热门研究方向。某种柔性准固态Li－CO2二次电池采用了锂丝作负极，锚定在碳纳米管上的超细Mo2C纳米颗粒作正极，电解质则使用了吸附在高导电性布表面的耐热凝胶聚合物电解质GPE(可传递Li＋)，电池总反应为下列说法正确的是(　　)A．便携式柔性电池具有可任意弯折不影响工作性能的优点B．该电池充电时Li＋从锂丝通过GPE向碳纳米管移动C．该电池可随时补充正极的活性物质CO2D．该电池放电时正极反应是3CO2＋4e－＋4Li＋===2Li2CO3＋C2．锂—铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电能，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法错误的是(　　)A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动B．放电时，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2OD．整个反应过程中，氧化剂为O23．中科院董绍俊课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内形成电池，如图所示，该电池可将可乐(pH＝2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法正确的是(　　)A．a极为正极B．随着反应不断进行，负极区的pH不断增大C．b极的电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－D．若消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02 mol电子4．(双选)我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置可发生反应：H2S＋O2===H2O2＋S↓，已知甲池中发生的反应为下列说法不正确的是(　　)A．甲池中碳棒上发生的电极反应式为AQ＋2H＋＋2e－===H2AQB．乙池溶液中发生的反应为===3I－＋S↓＋2H＋C．该装置将电能转化为光能D．H＋从甲池移向乙池5．(1)直接硼氢燃料电池(DBFC)是以NaBH4溶液为负极燃料的一种高比能电池，其工作原理如图所示，则通入空气的一极是________(填“正极”或“负极”)，此电池负极的电极反应式为_____________________________________。(2)科学家研发的“全氢电池”的工作原理如图所示，该电池工作一段时间后，右池溶液的导电能力几乎不变。下列有关该电池的说法正确的是________(填字母)。a．电池的总反应是2H2＋O2===2H2Ob．左边电极上的电势高于右边电极上的电势c．负极的电极反应式是H2－2e－＋2OH－===2H2Od．装置中所用的是阴离子交换膜e．产生能源的源泉是酸和碱的中和能(3)LiFePO4电池稳定性高、安全、对环境友好，该电池的总反应式是Li1－xFePO4＋LixC6 eq \o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电)) LiFePO4＋C6，其放电时的工作原理如图所示。则充电时，电极a的电极名称为______________；放电时，电极b的电极反应式为_______________________。微专题·大素养 eq \o(○,\s\up1(16)) 专题精练1．解析：柔性电池可适当弯折，但过分弯折可能会破坏电池内部结构，使电解质从高导电性布表面脱落，影响电池性能，A错误；充电时阳离子向阴极移动，即Li＋从碳纳米管通过GPE向锂丝移动，B错误；便携式电池活性物质应储存在电池内部，不能随时补充，C错误。答案：D2．解析：因为原电池放电时，阳离子移向正极，所以Li＋透过固体电解质向Cu极移动，A正确；由总反应方程式可知Cu2O中Cu元素化合价降低，被还原，正极反应式应为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－，B错误；放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，可知通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，C正确；由C项分析知，Cu先与O2反应生成Cu2O，放电时Cu2O重新生成Cu，则整个反应过程中，Cu相当于催化剂，O2为氧化剂，D正确。答案：B3．解析：由图示知，a极上C6H12O6转化成C6H10O6，碳元素化合价升高，发生氧化反应，b极上二氧化锰发生还原反应生成＋2价锰，a极为负极，b极为正极，A项错误；依题意知，负极的电极反应式为C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，负极区的pH不断减小，B项错误；由于该电池为酸性环境，b极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，C项错误；由负极反应式知，每消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02 mol电子，D项正确。答案：D4．解析：根据题图中的电子流向可判断出甲池中碳棒是正极，该电极上发生得电子的还原反应，即AQ＋2H＋＋2e－===H2AQ，A正确；在乙池中，硫化氢失电子生成硫单质得电子生成I－，发生的反应为===3I－＋S↓＋2H＋，B正确；根据题图中信息可知该装置将光能转化为电能，C错误；该装置是原电池装置，阳离子移向正极，甲池中碳棒是正极，所以H＋从乙池移向甲池，D错误。答案：CD5．解析：(1)由原电池的工作原理，阳离子移向正极可知通入氧气的一极为正极，由总反应可知变为，再结合负极失电子被氧化可得电极反应式为＋6H2O。(2)由图中的电子流向可知，电子由左边电极流出，说明左边电极为负极，右边电极为正极。电池的正极是氢离子得到电子，电池的反应中没有氧气参与反应，所以总反应方程式不存在氧气，故a错误；由于电子由左边电极流向右边电极，则右边电极上的电势高于左边电极上的电势，故b错误；氢气为负极反应物，发生氧化反应，在碱性条件下，则其负极的电极反应式是H2－2e－＋2OH－===2H2O，故c正确；由图可知，左电极的氢气失电子后生成H＋，H＋通过交换膜后移向正极再得到电子生成氢气，说明H＋能穿过交换膜，则该离子交换膜应为阳离子交换膜，故d错误；由于反应前后氢气不发生改变，产生能源的源泉是酸和碱的中和能，故e正确。(3)原电池中阳离子向正极移动，锂离子向电极b移动，则电极b为正极，充电时电极b为阳极，则电极a为阴极；放电时电极b上Li1－xFePO4得到电子生成LiFePO4，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4。答案：(1)正极　＋6H2O(2)ce　(3)阴极　Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4放电阳离子正极，阴离子负极充电阳离子阴极，阴离子阳极总之：阳离子发生还原反应的电极阴离子发生氧化反应的电极