新型化學(xué)電源題目的解題技巧學(xué)案

新型化學(xué)電源題目的解題技巧探究任務(wù)依據(jù)原電池工作原理，分析認(rèn)識(shí)新型化學(xué)電源，增強(qiáng)科技意識(shí)。提升科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)核心素養(yǎng)。1．新型電池的正、負(fù)極的判斷由反響物、反響產(chǎn)物或反響方程式，根據(jù)元素的常規(guī)價(jià)態(tài)去判斷即可：新型電池中eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(負(fù)極材料\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(元素化合價(jià)升高的物質(zhì),發(fā)生氧化反響的物質(zhì))),正極材料\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(元素化合價(jià)降低的物質(zhì),發(fā)生復(fù)原反響的物質(zhì)))))2．新型電池的電極反響式書寫步驟第一步：分析物質(zhì)得失電子情況，據(jù)此確定正極、負(fù)極上發(fā)生反響的物質(zhì)。第二步：分析電極反響生成的物質(zhì)是否跟電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反響。第三步：寫出比擬容易書寫的電極反響式。第四步：假設(shè)有總反響式，可用總反響式減去第三步中的電極反響式，即得另一極的電極反響式。3．新型電池充、放電對(duì)陰極、陽(yáng)極的判斷首先應(yīng)弄明白原電池放電時(shí)的正、負(fù)極，再根據(jù)電池充電時(shí)，正極接陽(yáng)極、負(fù)極接陰極的原理進(jìn)行分析。充電時(shí)的電極反響是放電時(shí)電極反響的逆過(guò)程。4．新型電池充、放電時(shí)電解質(zhì)溶液中離子移動(dòng)方向首先應(yīng)分清電池是放電還是充電，放電時(shí)為原電池，再判斷出正、負(fù)極。原電池中，陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，進(jìn)而確定離子的移動(dòng)方向?！纠}】我國(guó)科學(xué)家研制了一種新型的高比能量鋅—碘溴液流電池，其工作原理示意圖如圖。圖中貯液器可儲(chǔ)存電解質(zhì)溶液，提高電池的容量。以下表達(dá)不正確的選項(xiàng)是()A．放電時(shí)，a電極反響為I2Br－＋2e－=2I－＋Br－B．放電時(shí)，溶液中離子的數(shù)目增大C．放電時(shí)，b電極每減少0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化D．放電時(shí)，a電極作正極C[根據(jù)圖像可知，放電時(shí)，b極鋅失電子生成鋅離子，作電池的負(fù)極；a極I2Br－得電子生成溴離子和碘離子。放電時(shí)，a電極作正極，I2Br－得電子生成溴離子和碘離子，反響為I2Br－＋2e－=2I－＋Br－，A、D正確；放電時(shí)，負(fù)極：Zn－2e－=Zn2＋，正極：I2Br－＋2e－=2I－＋Br－，溶液中離子的數(shù)目增大，B正確；放電時(shí)，b電極發(fā)生Zn－2e－=Zn2＋，每減少0.65g，即減少0.01molZn，那么轉(zhuǎn)移0.02mol電子，a電極發(fā)生I2Br－＋2e－=2I－＋Br－，溶液中有0.02molI－生成，C錯(cuò)誤。]1．某海軍航空站安裝了一臺(tái)250kW的MCFC型燃料電池，該電池可同時(shí)供給電和水蒸氣，其工作溫度為600～700℃，所用燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3，該電池的總反響式為2H2＋O2=2H2O，負(fù)極反響式為2H2＋2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))－4e－=2H2O＋2CO2，那么以下推斷中正確的選項(xiàng)是()A．正極反響式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2OB．該電池的電極沒有參加反響C．電池供給1mol水蒸氣，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4molD．O2從正極通入，發(fā)生氧化反響B(tài)[該電池為氫氧燃料電池，負(fù)極是H2，發(fā)生氧化反響，正極是O2，發(fā)生復(fù)原反響，D項(xiàng)錯(cuò)誤；燃料電池電極本身不參加反響，B項(xiàng)正確；由總反響式可知，電池供給1mol水蒸氣，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2mol，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由總反響式減去負(fù)極反響式得正極反響式：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))，A項(xiàng)錯(cuò)誤。]2．鋰—銅空氣燃料電池(如圖)容量高、本錢低，該電池通過(guò)一種復(fù)雜的銅腐蝕“現(xiàn)象〞產(chǎn)生電力，其中放電過(guò)程為：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()A．整個(gè)反響過(guò)程中，氧化劑為O2B．放電時(shí)，正極的電極反響式為：Cu2O＋H2O＋2e－=2Cu＋2OH－C．放電時(shí)，當(dāng)電路中通過(guò)0.1mol電子的電量時(shí)，有0.1molLi＋透過(guò)固體電解質(zhì)向Cu極移動(dòng)，有標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12L氧氣參與反響D．通空氣時(shí)，銅被腐蝕，外表產(chǎn)生Cu2OC[該電池工作過(guò)程中，通入空氣將Cu腐蝕生成Cu2O，Cu2O在正極放電又被復(fù)原成Cu，整個(gè)過(guò)程中，氧化劑為O2，A、D項(xiàng)正確；放電時(shí)正極的電極反響式為：Cu2O＋2e－＋H2O=2Cu＋2OH－，B項(xiàng)正確；放電時(shí)負(fù)極反響式為：Li－e－=Li＋，電路中通過(guò)0.1mol電子生成0.1molLi＋，Li＋透過(guò)固體電解質(zhì)向Cu極移動(dòng)，反響中消耗O2的物質(zhì)的量為eq\f(0.1mol,4)＝0.025mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下O2的體積為0.025mol×22.4L·mol－1＝0.56L，C項(xiàng)錯(cuò)誤。]“綠水青山就是金山銀山〞，利用原電池原理治理各種污染是科研工作人員致力研究的重要課題之一。1．硫化氫是一種具有臭雞蛋氣味的有毒氣體，我國(guó)最近在太陽(yáng)能光電催化－化學(xué)耦合分解硫化氫研究中獲得新進(jìn)展，相關(guān)裝置如下圖。(1)指出a極和b極的名稱，并寫出電極反響式。(2)結(jié)合離子方程式分析H2S氣體去除的原理。(3)在工作過(guò)程中a極區(qū)需不斷補(bǔ)充含F(xiàn)e3＋和Fe2＋的溶液?jiǎn)幔刻崾荆?1)從圖示可以看出電子從a極出發(fā)，故a極為負(fù)極，電極反響式為Fe2＋－e－=Fe3＋；b極為正極，電極反響式為2H＋＋2e－=H2↑。(2)除去H2S的過(guò)程涉及兩個(gè)反響步驟，第一步Fe2＋在電極上發(fā)生反響Fe2＋－e－=Fe3＋；第二步，生成的鐵離子氧化硫化氫生成硫單質(zhì)，離子方程式為2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋S↓＋2H＋。(3)不需要。2．氮的氧化物是造成大氣污染的主要物質(zhì)，當(dāng)前氮的氧化物的污染日趨嚴(yán)重。氮的氧化物的主要來(lái)源之一為汽車尾氣，某科研小組設(shè)想將汽車尾氣(NO、NO2)轉(zhuǎn)化為重要的化工原料HNO3，其原理如下圖，其中A、B為多孔材料。寫出兩電極的電極反響式，假設(shè)電池消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的2.24LO2，那么通過(guò)質(zhì)子交換膜的H＋的物質(zhì)的量是多少？提示：電極A上通入的是尾氣(NO、NO2)，故電極反響式為NO＋2H2O－3e－=NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋4H＋、NO2＋H2O－e－=NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋2H＋，電極B上通入O2，電極反響式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O。電池消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的2.24LO2時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.1mol×4＝0.4mol，根據(jù)電子守恒規(guī)律可以得出通過(guò)質(zhì)子交換膜的H＋的物質(zhì)的量為0.4mol。3．碳排放是影響氣候變化的重要因素之一。(1)最近，科學(xué)家開發(fā)出一種新系統(tǒng)，“溶解〞水中的二氧化碳，以觸發(fā)電化學(xué)反響，生成電能和氫氣，其工作原理如下圖。寫出生成氫氣的電極反響式和此電池的總方程式。(2)國(guó)內(nèi)最新研究，實(shí)現(xiàn)CO2的固定和儲(chǔ)能的多功能電化學(xué)反響裝置，如下圖。該裝置充放電過(guò)程并不完全可逆，即充電過(guò)程C不參與反響。放電過(guò)程反響方程式為4Li＋3CO2=2Li2CO3＋C。寫出放電時(shí)正極的電極反響式。充電時(shí)電極A應(yīng)接外接電源的正極還是負(fù)極？提示：(1)氫氣在b電極產(chǎn)生，其電極反響式為2CO2＋2H2O＋2e－=2HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋H2，a電極反響式為Na－e－=Na＋，因此電池的總反響式為2Na＋2CO2＋2H2O=2NaHCO3＋H2。(2)放電過(guò)程為原電池，根據(jù)放電過(guò)程反響方程式為4Li＋3CO2=2Li2CO3＋C，正極上二氧化碳得到電子生成Li2CO3和C，電極反響式為4Li＋＋3CO2＋4e－=2Li2CO3＋C。電極A的材料是金屬鋰，為電池的負(fù)極，因此充電時(shí)應(yīng)接外接電源的負(fù)極。通過(guò)對(duì)本情境各種原電池(化學(xué)電源)的工作原理的探究，提升了證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)核心素養(yǎng)。1．有一種鋰電池，用金屬鋰和石墨作電極材料，電解質(zhì)溶液是由四氯鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯()中形成的，電池總反響方程式為8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是()A．電解質(zhì)溶液中混入水，對(duì)電池反響無(wú)影響B(tài)．金屬鋰作電池的正極，石墨作電池的負(fù)極C．在電池工作過(guò)程中，亞硫酰氯(SOCl2)被復(fù)原為L(zhǎng)i2SO3D．在電池工作過(guò)程中，金屬鋰提供的電子與正極析出硫的物質(zhì)的量之比為4∶1D[Li的化學(xué)性質(zhì)活潑，易與水發(fā)生反響：2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，故電解質(zhì)溶液應(yīng)為非水溶液，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由電池總反響式可知，Li失電子，作電池的負(fù)極，石墨作電池的正極，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電池工作過(guò)程中，SOCl2被復(fù)原為S，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由電池總反響式知，8molLi參與反響，提供8mol電子，同時(shí)在正極析出2molS，D項(xiàng)正確。]2．一種新型的燃料電池，它以多孔鎳板為電極，插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，其總反響為2C2H6＋7O2＋8KOH=4K2CO3＋10H2O，有關(guān)此電池的推斷正確的選項(xiàng)是()A．放電一段時(shí)間后，負(fù)極周圍溶液的pH增大B．正極反響式為14H2O＋7O2＋28e－=28OH－C．每消耗1molC2H6，那么電路中轉(zhuǎn)移12mol電子D．放電過(guò)程中KOH溶液的物質(zhì)的量濃度不變B[負(fù)極發(fā)生氧化反響，電極反響式為C2H6＋18OH－－14e－=2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋12H2O，負(fù)極消耗OH－，負(fù)極周圍溶液的pH減小，A錯(cuò)誤；正極發(fā)生復(fù)原反響，電極反響式為2H2O＋O2＋4e－=4OH－，B正確；由負(fù)極反響式可知每消耗1molC2H6，電路中轉(zhuǎn)移14mol電子，C錯(cuò)誤；該電池總反響為2C2H6＋7O2＋8KOH=4K2CO3＋10H2O，KOH參加反響，物質(zhì)的量減少，且有水生成，所以KOH溶液的物質(zhì)的量濃度減小，D錯(cuò)誤。]3．鐵鉻氧化復(fù)原液流電池是一種低本錢的儲(chǔ)能電池，電池結(jié)構(gòu)如下圖，工作原理為Fe3＋＋Cr2＋eq\o(,\s\up9(放電),\s\do11(充電))Fe2＋＋Cr3＋。以下說(shuō)法一定正確的選項(xiàng)是()A．電池充電時(shí)，b極的電極反響式為Cr3＋＋e－=Cr2＋B．電池放電時(shí)，b極的電極反響式為Fe2＋－e－=Fe3＋C．電池放電時(shí)，Cl－從b極穿過(guò)選擇性透過(guò)膜移向a極D．電池放電時(shí)，電路中每通過(guò)0.1mol電子，F(xiàn)e3＋濃度降低0.1mol·L－1A[解此題的關(guān)鍵是要知道放電過(guò)程為原電池工作原理，充電過(guò)程為電解池工作原理，結(jié)合原理示意圖確定電極反響。放電時(shí)負(fù)極b發(fā)生氧化反響：Cr2＋－e－=Cr3＋，充電時(shí)該電極發(fā)生復(fù)原反響：Cr3＋＋e－=Cr2＋，A項(xiàng)正確、B項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)陰離子向負(fù)極b移動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；電池放電時(shí)，電路中每通過(guò)0.1mol電子，F(xiàn)e3＋的物質(zhì)的量減少0.1mol，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]4．設(shè)計(jì)出燃料電池使汽油(主要成分為C5H12)氧化直接產(chǎn)生電流是21世紀(jì)富有挑戰(zhàn)性的課題。有人設(shè)計(jì)了一種固體燃料電池，以固體氧化鋁—氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許O2－在其間通過(guò)。該電池的工作原理如下圖，其中多孔電極a、b均不參與電極反響。以下判斷不正確的選項(xiàng)是()A．有O2放電的a極為電池的負(fù)極B．b極對(duì)應(yīng)的電極反響式為C5H12＋16O2－－32e－=5CO2↑＋6H2OC．該電池的總反響方程式為C5H12＋8O2=5CO2＋6H2OD．汽油燃料電池的技術(shù)障礙是氧化反響不完全，產(chǎn)生碳單質(zhì)堵塞