新教材宁陕2024届高考化学一轮复习学案第6章化学反应与能量转化第37讲常考新型化学电源鲁科版

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类型一 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”原理；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“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。
1．锂-液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂[Li2Sx(2≤x≤8)]分别作两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Li＋)为电解质，其反应原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该电池比钠-液态多硫电池的比能量高
B．放电时，内电路中Li＋的移动方向为从a到b
C．Al2O3的作用是导电、隔离电极反应物
D．充电时，外电路中通过0.2 ml电子，阳极区单质硫的质量增加3.2 g
2．随着各地“限牌”政策的推出，电动汽年成为汽车界的“新宠”。某品牌全电动汽车使用的是钴酸锂(LiCO2)电池，其工作原理如图，A极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许特定的离子通过，电池反应为LixC6＋Li1－xCO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))C6＋LiCO2。下列说法不正确的是( )
A．隔膜只允许Li＋通过，放电时Li＋从左边流向右边
B．放电时，正极锂的化合价未发生改变
C．充电时B作阳极，电极反应式为LiCO2－xe－===Li1－xCO2＋xLi＋
D．废旧钴酸锂(LiCO2)电池进行“放电处理”让Li＋进入石墨中而有利于回收
类型二 微生物燃料电池
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。
1．(2023·南京朔州一中模拟)利用某新型微生物电池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．X电极是负极
B．Y电极上的反应式：Cm(H2O)n－4me－===mCO2↑＋(n－2m)H2O＋4mH＋
C．H＋由左向右移动
D．有1 ml CO2生成时，消耗1 ml MnO2
2．(2022·牡丹江一中高三模拟)如图是利用微生物将废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质而制作的化学电源，可给二次电池充电。下列说法正确的是( )
A．M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2＋N2＋16H＋
B．充电时二次电池的正极应与M极相连
C．H＋通过质子交换膜由N极向M极移动
D．若N极消耗了标准状况下2.24 L O2，则有0.4 ml电子从N极流向M极
类型三 物质循环转化型电池
根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。
1．液流电池是电化学储能领域的一个研究热点，其优点是储能容量大、使用寿命长。下图为一种中性Zn/Fe液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是( )
A．充电时电极A连电源负极
B．放电时正极电极反应为Fe(CN)eq \\al(3－,6)＋e－===Fe(CN)eq \\al(4－,6)
C．放电时负极区离子浓度增大，正极区离子浓度减小
D．充电时阴极电极反应：ZnBreq \\al(2－,4)＋2e－===Zn＋4Br－
2．利用微生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应：H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
类型四 浓差电池
1．在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。
(1)常见的离子交换膜
(2)离子交换膜的作用
①能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。
②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)离子交换膜的选择依据
离子的定向移动。
2．“浓差电池”的分析方法
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，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。
1．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。下列有关该电池的说法错误的是( )
A．电池工作时，Li＋通过离子导体移向Y极区
B．电流由X极通过外电路流向Y极
C．正极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．Y极每生成1 ml Cl2，X极区得到2 ml LiCl
2.利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响，可设计浓差电池。某热再生浓差电池工作原理如图所示，通入NH3时电池开始工作，左侧电极质量减少，右侧电极质量增加，
中间A为阴离子交换膜，放电后可利用废热进行充电再生。已知：Cu2＋＋4NH3Cu(NH3)eq \\al(2＋,4)，下列说法不正确的是( )
A．放电时，左侧电极发生氧化反应：Cu＋4NH3－2e－===Cu(NH3)eq \\al(2＋,4)
B．放电时，电池的总反应为Cu2＋＋4NH3===Cu(NH3)eq \\al(2＋,4) ΔH＞0
C．放电时，NOeq \\al(－,3)经离子交换膜由右侧向左侧迁移
D．上述原电池的形成说明相同条件下，Cu(NH3)eq \\al(2＋,4)的氧化性比Cu2＋的弱
1.(2020·山东，10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是( )
A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．当电路中转移1 ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
2．(2021·湖南，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是( )
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
3．(2022·全国乙卷，12)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是( )
A．充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
4．(2022·广东，16)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)。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质量理论上增加23 g阳离子交换膜
只允许阳离子(包括H＋)通过
阴离子交换膜
只允许阴离子通过
质子交换膜
只允许H＋通过