高考化學總復習專題六新型化學電源教學案蘇教版.docx

課時4新型化學電源課時詮釋隨著全球能源逐漸枯竭，研發(fā)、推廣新型能源迫在眉睫，因此，化學中的新型電源，成為科學家研究的重點方向之一，也成了高考的高頻考點。高考中的新型化學電源，有“氫鎳電池”、“高鐵電池”、“鋅錳堿性電池”、“海洋電池”、“燃料電池”、“鋰離子電池”、“銀鋅電池”、“紐扣電池”等，一般具有高能環(huán)保、經久耐用、電壓穩(wěn)定、比能量(單位質量釋放的能量)高等特點。由于該類試題題材廣、信息新、陌生度大，因此許多考生感覺難度大。雖然該類試題題材新穎，但應用的解題原理還是原電池的知識，只要細心分析，實際上得分相對比較容易。微點聚焦一新型燃料電池的分析與判斷燃料電池(Fuel Cell)是利用氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、天然氣等為燃料與氧氣或空氣進行反應，將化學能直接轉化成電能的一類原電池。其特點是：(1)有兩個相同的多孔電極，同時電極不參與反應 (摻雜適當的催化劑)。(2)不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內 。(3)能量轉換率較高，超過80%(普通燃燒能量轉換率30%多) 。典題示例【示例1】 (2016課標全國，11)鋅空氣燃料電池可用作電動車動力電源，電池的電解質溶液為KOH溶液，反應為2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)42。下列說法正確的是()A充電時，電解質溶液中K向陽極移動B充電時，電解質溶液中c(OH)逐漸減小C放電時，負極反應為：Zn4OH2e=Zn(OH)42D放電時，電路中通過2 mol電子，消耗氧氣22.4 L(標準狀況)解析A項，充電時，電解質溶液中K向陰極移動，錯誤；B項，充電時，總反應方程式為2Zn(OH)4 22ZnO24OH2H2O，所以電解質溶液中c(OH)逐漸增大，錯誤；C項，在堿性環(huán)境中負極Zn失電子生成的Zn2將與OH結合生成Zn(OH)42，正確；D項，O24e，故電路中通過2 mol電子，消耗氧氣0.5 mol，在標準狀況體積為11.2 L，錯誤。答案C【解法指導】理順書寫燃料電池電極反應式的三大步驟1先寫出燃料電池總反應式雖然可燃性物質與氧氣在不同的燃料電池中電極反應不同，但其總反應方程式一般都是可燃物在氧氣中的燃燒反應方程式。由于涉及電解質溶液，所以燃燒產物還可能要與電解質溶液反應，然后再寫出燃燒產物與電解質溶液反應的方程式相加，從而得到總反應方程式。2再寫出燃料電池正極的電極反應式由于燃料電池正極都是O2得到電子發(fā)生還原反應，基礎反應式為O24e=2O2，由于電解質的狀態(tài)和電解質溶液的酸堿性不同，電池正極的電極反應也不相同。電解質為固體時，該固體電解質在高溫下可允許O2在其間自由通過，此時O2不與任何離子結合，正極的電極反應式為O24e=2O2。電解質為熔融的碳酸鹽時，正極的電極反應式為O22CO24e=2CO。當電解質為中性或堿性環(huán)境時，正極的電極反應式為：O24e2H2O=4OH；當電解質為酸性環(huán)境時，正極的電極反應式為：O24e4H=2H2O。3最后寫出燃料電池負極的電極反應式由于原電池是將氧化還原反應中的氧化反應和還原反應分開在兩極(負、正兩極)上發(fā)生，故燃料電池負極的電極反應式燃料電池總反應式燃料電池正極的電極反應式。在利用此法寫出燃料電池負極的電極反應式時一要注意消去總反應和正極反應中的O2，二要注意兩極反應式和總反應式電子轉移相同。體驗感悟1(2017保定模擬)液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小等優(yōu)點。一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料的電池裝置如下圖所示，該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑，KOH溶液作為電解質溶液。下列關于該電池的敘述正確的是()Ab極發(fā)生氧化反應Ba極的反應式：N2H44OH4e=N24H2OC放電時，電流從a極經過負載流向b極D其中的離子交換膜需選用陽離子交換膜解析燃料電池燃料(N2H4)在負極(a極)發(fā)生氧化反應N2H44OH4e=N24H2O，O2在正極發(fā)生還原反應：O24e2H2O=4OH，總反應為N2H4O2=N22H2O，A項錯誤，B項正確；放電時電流由正極流向負極，C項錯誤；OH在正極生成，移向負極消耗，所以離子交換膜應讓OH通過，故選用陰離子交換膜，D項錯誤。答案B2如圖為一種微生物燃料電池結構示意圖，關于該電池敘述正確的是()A分子組成為Cm(H2O)n的物質一定是糖類B微生物所在電極區(qū)放電時發(fā)生還原反應C.放電過程中，H從正極區(qū)移向負極區(qū)D正極反應式為：MnO24H2e=Mn22H2O解析分子組成為Cm(H2O)n的物質不一定是糖類，如乙酸的分子組成為C2(H2O)2，A錯誤；由電池示意圖可知，微生物所在電極區(qū)Cm(H2O)n轉化為CO2，發(fā)生的是氧化反應，是負極，則另一極是正極，MnO2發(fā)生還原反應在酸性條件下生成Mn2，B錯誤，D正確；放電時發(fā)生的是原電池反應，H應該從負極區(qū)移向正極區(qū)，C錯誤。答案D【解題模板】3(解題規(guī)范)SO2、CO、CO2、NOx是對環(huán)境影響較大的幾種氣體，對它們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑。(1)利用電化學原理將CO、SO2轉化為重要化工原料，裝置如圖所示：若A為CO，B為H2，C為CH3OH，則通入CO的一極為_極。若A為SO2，B為O2，C為H2SO4，則負極的電極反應式為_。若A為NH3，B為O2，C為HNO3，則正極的電極反應式為_。(2)某研究小組利用下列裝置用N2O4生產新型硝化劑N2O5?，F(xiàn)以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池，采用電解法制備N2O5，裝置如圖所示，其中Y為CO2。在該電極上同時還引入CO2的目的是_。電解過程中，生成N2O5的電極反應方程式為_。標準答案評分細則(1)正SO22e2H2O=SO4HO24e4H=2H2O(2)在電極上與O2共同轉化為CO，保持熔融鹽成分不變N2O42HNO32e=2N2O52H(1)不配平不給分，寫成：SO22H2O=SO4H2e不扣分漏掉電荷或未配平不給分(2)其他合理解釋也可給分HNO3拆寫成離子不給分【規(guī)范點評】學生在解答卷題目時，不能挖掘出題干所隱含信息，不能把所學知識靈活地運用到解題上，如本題第(1)問CO和H2合成甲醇過程是H元素化合價升高，碳元素化合價降低過程，因此H2被氧化作負極，CO被還原作正極；另外在寫半反應時有些學生粗心大意，把正極寫成負極，把陰極反應寫成陽極反應而失分，這種不規(guī)范的審答題習慣應引起注意。微點聚焦二可充電電池(對應學生用書P149)對于一般的電池而言，充電電池具有一定的可逆性，在放電時，它是原電池裝置；在充電時，它是電解過程，是一種經濟、環(huán)保、電量足、適合大功率、長時間使用的電器。典題示例【示例2】 (2016四川理綜，5)某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時電池的總反應為：Li1xCoO2LixC6=LiCoO2C6(x1)。下列關于該電池的說法不正確的是()A放電時，Li在電解質中由負極向正極遷移B放電時，負極的電極反應式為LixC6xe=xLiC6C充電時，若轉移1 mol e，石墨(C6)電極將增重7x gD充電時，陽極的電極反應式為LiCoO2xe=Li1xCoO2xLi解析放電時，負極反應為LixC6xe=xLiC6，正極反應為Li1xCoO2xexLi=LiCoO2，A、B正確；充電時，陰極反應為：xLiC6xe=LixC6，轉移1 mol e時，石墨C6電極將增重 7 g，C項錯誤；充電時，陽極反應為放電時正極反應的逆反應：LiCoO2xe=Li1xCoO2xLi，D項正確。答案C【解法歸納】可充電電池電極反應式的書寫技巧書寫可充電電池電極反應式時，一般都是先書寫放電的電極反應式。書寫放電時的電極反應式時，一般要遵守三個步驟：第一，先標出原電池總反應式電子轉移的方向和數目，找出參與負極和正極反應的物質；第二，寫出一個比較簡單的電極反應式(書寫時一定要注意電極產物是否與電解質溶液反應)；第三，在電子守恒的基礎上，總反應式減去寫出的電極反應式即得另一電極反應式。充電時的電極反應與放電時的電極反應過程相反，充電時的陽極反應為放電時的正極反應的逆過程，充電時的陰極反應為放電時的負極反應的逆過程。根據正確書寫的電極反應式，可順利判斷各電極周圍溶液pH的變化。體驗感悟1(2014天津理綜，6)已知：鋰離子電池的總反應為：LixCLi1xCoO2CLiCoO2鋰硫電池的總反應為：2LiSLi2S有關上述兩種電池說法正確的是()A鋰離子電池放電時，Li向負極遷移B鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應C理論上兩種電池的比能量相同D如圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電解析A項，在原電池內部，陽離子應移向正極，錯誤；二次電池充電過程為電解的過程，陰極發(fā)生還原反應，B項正確；C項，比能量是指這種電池單位質量或單位體積所能輸出的電能，當二者質量相同時，轉移電子的物質的量不相等，即比能量不同，錯誤；D項，左邊裝置已經是放完電的電池，應為鋰硫電池給鋰離子電池充電，錯誤。答案B2.(2016溫州返校聯(lián)考)裝置()為鐵鎳(FeNi)可充電電池：FeNiO22H2OFe(OH)2Ni(OH)2；裝置()為電解示意圖。當閉合開關K時，Y附近溶液先變紅。下列說法正確的是()A閉合K時，X的電極反應式為：2H2e=H2B閉合K時，A電極反應式為：NiO22e2H=Ni(OH)2C給裝置()充電時，B極參與反應的物質被氧化D給裝置()充電時，OH通過陰離子交換膜移向A電極解析當閉合開關K時，Y附近溶液先變紅，說明Y電極處H2O得電子生成H2和OH，Y為陰極，則X為陽極，Cl在陽極上失去電子，電極反應式為：2Cl2e=Cl2，A項錯誤；A為正極，電極反應式為：NiO22e2H2O=Ni(OH)22OH，B項錯誤；給裝置()充電時，B為陰極，B極參與反應的物質得電子，被還原，C項錯誤；給裝置()充電時，A為陽極，OH通過陰離子交換膜移向A電極，D項正確。答案D【解題模板】微點聚焦三其他新型、高效環(huán)保電池環(huán)保電池，是指近年來已投入使用或正在研制、開發(fā)的一類高性能、無污染電池，目前已經大量使用的金屬氫化物鎳蓄電池、塑料蓄電池、微生物電池等都屬于這一范疇。典題示例【示例3】 (2016浙江理綜，11)金屬(M)空氣電池(如圖)具有原料易得、能量密度高等優(yōu)點，有望成為新能源汽車和移動設備的電源。該類電池放電的總反應方程式為：4MnO22nH2O=4M(OH)n。已知：電池的“理論比能量”指單位質量的電極材料理論上能釋放出的最大電能。下列說法不正確的是()A采用多孔電極的目的是提高電極與電解質溶液的接觸面積，并有利于氧氣擴散至電極表面B比較Mg、Al、Zn三種金屬空氣電池，Al空氣電池的理論比能量最高CM空氣電池放電過程的正極反應式：4MnnO22nH2O4ne=4M(OH)nD在Mg空氣電池中，為防止負極區(qū)沉積Mg(OH)2，宜采用中性電解質及陽離子交換膜解析A項，采用多孔電極可以增大電極與電解質溶液的接觸面積，且有利于氧氣擴散至電極的表面，正確；B項，單位質量的Mg、Al、Zn釋放的電子分別為 mol、 mol、 mol，顯然鋁的比能量比Mg、Zn高，正確；C項，電池放電過程正極O2得電子生成OH，但負極生成的金屬陽離子不能透過陰離子交換膜移至正極，故正極不能生成M(OH)n，反應式應為：O22H2O4e=4OH，錯誤；D項，為避免OH移至負極而生成M(OH)n，可采用中性電解質及陽離子交換膜阻止OH，正確。答案C體驗感悟1環(huán)保、安全的鋁空氣電池的工作原理如圖所示，下列有關敘述錯誤的是()ANaCl的作用是增強溶液的導電性B正極的電極反應式為：O24e2H2O=4OHC電池工作過程中，電解質溶液的pH不斷增大D用該電池做電源電解KI溶液制取1 mol KIO3，消耗鋁電極的質量為54 g解析由圖示可知Al電極為負極，電極反應式為：Al3e3OH=Al(OH)3，O2在正極反應：O24e2H2O=4OH，總反應方程式為：4Al3O26H2O=4Al(OH)3，pH基本不變，A、B正確，C項錯誤；D項，1 mol KI制得1 mol KIO3轉移6 mol電子，消耗2 mol Al，即54 g鋁，正確。答案C2(2016豫晉冀三調)酶生物電池通常以葡萄糖作為反應原料，葡萄糖在葡萄糖氧化酶(GOX)和輔酶的作用下被氧化成葡萄糖酸(C6H12O7)，其工作原理如圖所示。下列有關說法中正確的是()A該電池可以在高溫條件下使用BH通過交換膜從b極區(qū)移向a極區(qū)C電極a是正極D電池負極的電極反應式為C6H12O6H2O2e=C6H12O72H解析酶的主要成分為蛋白質，在高溫條件下變性，喪失催化作用，A項錯誤；由