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
展开小专题突破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，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Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋
解析：选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，故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O2：Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋，D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)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
(3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
(4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋4CO2＋8e－===4CO
CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O
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_________________________________________。
(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2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。
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－
(4)Mg－2e－===Mg2＋ 2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－
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。
