課件：高考化學增分小專題：《新型化學電源應用與突破》

新型化學電源應用與突破2024屆高考重難點突破方向比努力更重要研究考綱·辨明考向真題再現(xiàn)·辨明考向1.(2023年全國甲卷)用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應來提高多碳產(chǎn)物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是√A.析氫反應發(fā)生在IrOx－Ti電極上B.Cl－從Cu電極遷移到IrOx－Ti電極C.陰極發(fā)生的反應有：2CO2＋12H+＋12e－＝C2H4＋4H2OD.每轉(zhuǎn)移1mol電子，陽極生成11.2L氣體(標準狀況)解析：由圖可知，該裝置為電解池，與直流電源正極相連的IrOx－Ti電極為電解池的陽極，水在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O－4e－＝O2↑＋4H+，銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成乙烯、乙醇等，電極反應式為2CO2＋12H+＋12e－＝C2H4＋4H2O、2CO2＋12H+＋12e－＝C2H5OH＋3H2O，電解池工作時，氫離子通過質(zhì)子交換膜由陽極室進入陰極室。A．析氫反應為還原反應，應在陰極發(fā)生，即在銅電極上發(fā)生，故A錯誤；B．離子交換膜為質(zhì)子交換膜，只允許氫離子通過，Cl-不能通過，故B錯誤；C．由分析可知，銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成乙烯、乙醇等，電極反應式有2CO2＋12H+＋12e－＝C2H4＋4H2O，故C正確；D．水在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O－4e－＝O2↑＋4H+，每轉(zhuǎn)移1mol電子，生成0.25molO2，在標況下體積為5.6L，故D錯誤；√解析：由題意可知放電時硫電極得電子，硫電極為原電池正極，鈉電極為原電池負極。A．充電時為電解池裝置，陽離子移向陰極，即鈉電極，故充電時，Na＋由硫電極遷移至鈉電極，A錯誤；√3.(2023年海南卷)利用金屬Al、海水及其中的溶解氧可組成電池，如圖所示。下列說法正確的是A．b電極為電池正極B.電池工作時，海水中的Na+向a電極移動C.電池工作時，緊鄰a電極區(qū)域的海水呈強堿性D.每消耗1kgAl，電池最多向外提供37mol電子的電量√解析：放電時鋁失去電子生成鋁離子做負極，硫單質(zhì)得到電子做正極，充電時鋁離子得到電子生成鋁發(fā)生在陰極，硫離子失去電子生成硫單質(zhì)發(fā)生在陽極，依此解題。5．(2023屆T8聯(lián)考)某種微生物燃料電池凈化廢水原理如圖所示。下列說法正確的是√解析：由圖可知，M極有機物發(fā)生氧化反應生成二氧化碳、氫離子，為負極；N極鉻元素化合價降低，發(fā)生還原反應為正極；A．由分析可知，M為負極，有機物在M極發(fā)生氧化反應，A錯誤；6.(2022年全國甲卷)一種水性電解液Zn－MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示[KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)存在]。電池放電時，下列敘述錯誤的是√7.(2022年全國乙卷)Li－O2電池比能量高，在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好的應用前景。近年來，科學家研究了一種光照充電Li－O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產(chǎn)生電子(e－)和空穴(h＋)，驅(qū)動陰極反應(Li＋＋e－＝Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋＝2Li＋＋O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是√A．充電時，電池的總反應為Li2O2＝2Li＋O2B．充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)C．放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負極遷移D．放電時，正極發(fā)生反應：O2＋2Li＋＋2e－＝Li2O2解析：A．充電時光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，驅(qū)動陰極反應(Li＋＋e－＝Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋＝2Li＋＋O2)，則充電時總反應為Li2O2＝2Li＋O2，A正確；B．充電時，光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，陰極反應與電子有關(guān)，陽極反應與空穴有關(guān)，故充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)，B正確；C．放電時，金屬Li電極為負極，光催化電極為正極，Li＋從負極穿過離子交換膜向正極遷移，C錯誤；D．放電時總反應為2Li＋O2＝Li2O2，則正極反應為O2＋2Li＋＋2e－＝Li2O2，D正確。8．(2022年遼寧卷)某儲能電池原理如圖。下列說法正確的是A．放電時負極反應：Na3Ti2(PO4)3－2e－＝NaTi2(PO4)3＋2Na＋B．放電時Cl－透過多孔活性炭電極向CCl4中遷移C．放電時每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上CCl4吸收0.5molCl2D．充電過程中，NaCl溶液濃度增大√解析：A.放電時負極失電子，發(fā)生氧化反應，電極反應：Na3Ti2(PO4)3－2e－==NaTi2(PO4)3＋2Na＋，A正確；B.放電時，陰離子移向負極，放電時Cl－透過多孔活性炭電極向NaCl中遷移，B錯誤；C.放電時每轉(zhuǎn)移1mol電子，正極：Cl2＋2e－==2Cl－，理論上CCl4釋放0.5molCl2，C錯誤；D.充電過程中，陽極：2Cl－－2e－===Cl2，消耗氯離子，NaCl溶液濃度減小，D錯誤。9．(2022年廣東卷)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設(shè)備(如圖)。充電時電極a的反應為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是A．充電時電極b是陰極B．放電時NaCl溶液的pH減小C．放電時NaCl溶液的濃度增大D．每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g√解析：A．由充電時電極a的反應可知，充電時電極a發(fā)生還原反應，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，故A錯誤；B．放電時電極反應和充電時相反，則放電時電極a的反應為Na3Ti2(PO4)3－2e－==NaTi2(PO4)3＋2Na＋，NaCl溶液的pH不變，故B錯誤；C．放電時負極反應為Na3Ti2(PO4)3－2e－==NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應為Cl2＋2e－==2Cl－，反應后Na＋和Cl－濃度都增大，則放電時NaCl溶液的濃度增大，故C正確；D．充電時陽極反應為2Cl－－2e－==Cl2↑，陰極反應為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－==Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g·mol－1×2mol＝46g，故D錯誤。10．(2021年湖南卷)鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質(zhì)電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：下列說法錯誤的是A．放電時，N極為正極B．放電時，左側(cè)貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C．充電時，M極的電極反應式為Zn2＋＋2e－==ZnD．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過√解析：由圖可知，放電時，N電極為電池的正極，溴在正極上得到電子發(fā)生還原反應生成溴離子，電極反應式為Br2＋2e－＝2Br－，M電極為負極，鋅失去電子發(fā)生氧化反應生成鋅離子，電極反應式為Zn－2e－＝Zn2+，正極放電生成的溴離子通過離子交換膜進入左側(cè)，同時鋅離子通過交換膜進入右側(cè)，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變；充電時，M電極與直流電源的負極相連，做電解池的陰極，N電極與直流電源的正極相連，做陽極。A．由分析可知，放電時，N電極為電池的正極，故A正確；B．由分析可知，放電或充電時，左側(cè)儲液器和右側(cè)儲液器中溴化鋅的濃度維持不變，故B錯誤；C．由分析可知，充電時，M電極與直流電源的負極相連，做電解池的陰極，鋅離子在陰極上得到電子發(fā)生還原反應生成鋅，電極反應式為Zn－2e－＝Zn2+，故C正確；D．由分析可知，放電或充電時，交換膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變，故D正確；知識梳理?智能提升

一、燃料電池1、燃料電池簡介原電池知識是中學化學中的重要基本概念，也是近年來高考的熱點，在學習原電池時，學生最感到困難的是電極反應式的書寫，特別燃料電池的電極反應式的書寫。燃料電池是一種不經(jīng)燃燒，將燃料的化學能經(jīng)過電化學反應直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，它和其它電池中的氧化還原反應一樣，都是自發(fā)的化學反應，不會發(fā)出火焰，其化學能可以直接轉(zhuǎn)化為電能的一種電池。燃料即化石燃料以及由此得到的衍生物，如氫、肼、烴、煤氣等液體和氣體燃料；氧化劑僅限于氧和空氣。燃料電池基本結(jié)構(gòu)與一般化學電源相同，由正極(氧化劑電極)、負極(燃料電極)和電解質(zhì)構(gòu)成，但其電極本身僅起催化和集流作用。燃料電池工作時，活性物質(zhì)由外部供給，因此，原則上說，只要燃料和氧化劑不斷地輸入，反應產(chǎn)物不斷地排出，燃料電池就可以連續(xù)放電，供應電能。氫氧燃料電池基本結(jié)構(gòu)2、燃料電池電極反應式的書寫在中學階段，掌握燃料電池的工作原理和電極反應式的書寫是十分重要的。所有的燃料電池的工作原理都是一樣的，其電極反應的書寫同樣是有規(guī)律可循的。書寫燃料電池電極反應式的步驟類似于普通原電池，在書寫時應注意以下幾點：①電池的負極一定是可燃性氣體，失電子，元素化合價升高，發(fā)生氧化還原反應；電池的正極一定是助燃性氣體，得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應。②燃料電池兩電極材料一般都不參加反應，反應的是通到電極上的燃料和氧氣，兩電極只是傳導電子的作用。③電極反應式作為一種特殊的離子反應方程式，也必需遵循原子守恒，得失電子守恒，電荷守恒。④寫電極反應時，一定要注意電解質(zhì)是什么，其中的離子要和電極反應中出現(xiàn)的離子相對應，在堿性電解質(zhì)中，電極反應式不能出現(xiàn)氫離子，在酸性電解質(zhì)溶液中，電極反應式不能出現(xiàn)氫氧根離子。⑤正負兩極的電極反應式在得失電子守恒的條件下，相疊加后的電池反應必須是燃料燃燒反應和燃料產(chǎn)物于電解質(zhì)溶液反應的疊加反應式。書寫燃料電池電極反應式一般分為三步：第一步，先寫出燃料電池的總反應方程式；第二步，再寫出燃料電池的正極反應式；第三步，在電子守恒的基礎(chǔ)上用燃料電池的總反應式減去正極反應式即得到負極反應式。下面對書寫燃料電池電極反應式“三步法”具體作一下解釋。(1)燃料電池總反應方程式的書寫因為燃料電池發(fā)生電化學反應的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同，可根據(jù)燃料燃燒反應寫出燃料電池的總反應方程式，但要注意燃料的種類。若是氫氧燃料電池，其電池總反應方程式不隨電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性變化而變化，即2H2+O2=2H2O。若燃料是含碳元素的可燃物，其電池總反應方程式就與電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有關(guān)，如甲烷燃料電池在酸性電解質(zhì)中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在堿性電解質(zhì)中生成CO32-離子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。(2)燃料電池正極反應式的書寫因為燃料電池正極反應物一律是氧氣，正極都是氧化劑氧氣得到電子的還原反應，所以可先寫出正極反應式，正極反應的本質(zhì)都是O2得電子生成O2-離子，故正極反應式的基礎(chǔ)都是O2＋4e-=2O2-。正極產(chǎn)生O2-離子的存在形式與燃料電池的電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有著密切的關(guān)系。這是非常重要的一步。現(xiàn)將與電解質(zhì)有關(guān)的五種情況歸納如下：①電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液（如稀硫酸）在酸性環(huán)境中，O2-離子不能單獨存在，可供O2-離子結(jié)合的微粒有H+離子和H2O，O2-離子優(yōu)先結(jié)合H+離子生成H2O。這樣，在酸性電解質(zhì)溶液中，正極反應式為：O2＋4H++4e-=2H2O。②電解質(zhì)為中性或堿性電解質(zhì)溶液（如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液）在中性或堿性環(huán)境中，O2-離子也不能單獨存在，O2-離子只能結(jié)合H2O生成OH-離子，在中性或堿性電解質(zhì)溶液中，正極反應式為O2＋2H2O+4e-=4OH-。③電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽（如LiCO3和Na2CO3熔融鹽混和物）在熔融的碳酸鹽環(huán)境中，O2-離子也不能單獨存在，O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子，則其正極反應式為O2＋2CO2+4e-=2CO32-④電解質(zhì)為固體電解質(zhì)（如固體氧化鋯—氧化釔）該固體電解質(zhì)在高溫下可允許O2-離子在其間通過，故其正極反應式應為O2＋4e-=2O2-。綜上所述，燃料電池正極反應式本質(zhì)都是O2＋4e-=2O2-，在不同電解質(zhì)環(huán)境中，其正極反應式的書寫形式有所不同。因此在書寫正極反應式時，要特別注意所給電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性。(3)燃料電池負極反應式的書寫燃料電池負極反應物種類比較繁多，可為氫氣、水煤氣、甲烷、丁烷、甲醇、乙醇等可燃性物質(zhì)。不同的可燃物有不同的書寫方式，要想先寫出負極反應式相當困難。一般燃料電池的負極反應式都是采用間接方法書寫，即按上述要求先正確寫出燃料電池的總反應式和正極反應式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上用總反應式減去正極反應式即得負極反應式。燃料電池電極反應式的書寫應用舉例①電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液例1：科學家預言，燃料電池將是21世紀獲得電力的重要途徑，美國已計劃將甲醇燃料用于軍事目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣。試回答下列問題：(1)這種電池放電時發(fā)生的化學反應方程式是__________________________。(2)此電池的正極發(fā)生的電極反應是________________________；負極發(fā)生的電極反應是_____________________________________。2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O3O2＋12H++12e-=6H2O2CH3OH+2H2O－12e-=2CO2↑+12H(3)電解液中的H+離子向____極移動；向外電路釋放電子的電極是

。(4)比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高，其次是

。正負對空氣的污染較小解析：因燃料電池電化學反應的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同，又且其電解質(zhì)溶液為稀硫酸，所以該電池反應方程式是2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。按上述燃料電池正極反應式的書寫方法1知，在稀硫酸中，其正極反應式為：3O2＋12H++12e-=6H2O，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上利用總反應式減去正極反應式即得負極反應式為：2CH3OH+2H2O－12e-=2CO2↑+12H+。由原電池原理知負極失電子后經(jīng)導線轉(zhuǎn)移到正極，所以正極上富集電子，根據(jù)電性關(guān)系知陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。故H+離子向正極移動，向外電路釋放電子的電極是負極。②電解質(zhì)為堿性電解質(zhì)溶液例2：甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，下列關(guān)于甲烷燃料電池說法不正確的是：A．負極反應式為CH4＋10OH-－8e-

=CO32-＋7H2OB．正極反應式為O2＋2H2O+4e-=4OH-C．隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變D．甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大√②電解質(zhì)為堿性電解質(zhì)溶液解析：因甲烷燃料電池的電解質(zhì)為KOH溶液，生成的CO2還要與KOH反應生成K2CO3，故該電池發(fā)生的反應方程式是CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。從總反應式可以看出，要消耗OH-，故電解質(zhì)溶液的堿性減小，C錯。按上述燃料電池正極反應式的書寫方法2知，在KOH溶液中，其正極反應式為：O2＋2H2O+4e-=4OH-。通入甲烷的一極為負極，其電極反應式可利用總反應式減去正極反應式為CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O。選項A、B均正確。根據(jù)能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，燃燒時產(chǎn)生的熱能是不可能全部轉(zhuǎn)化為功的，能量利用率不高，而電能轉(zhuǎn)化為功的效率要大的多，D項正確。③解質(zhì)為熔融碳酸鹽例3：某燃料電池以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極。試回答下列問題：(1)寫出該燃料電池的化學反應方程式。(2)寫出該燃料電池的電極反應式。(3)為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應保持穩(wěn)定。為此，必須在通入的空氣中加入一種物質(zhì)，加入的物質(zhì)是什么，它從哪里來？答案：(1)2C4H10+13O2=8CO2+10H2O(2)正極：O2＋2CO2+4e-=2CO32-，負極：2C4H10+26CO32-－52e-=34CO2+10H2O(3)CO2從負極反應產(chǎn)物中來解析：由于電解質(zhì)為熔融的K2CO3，且不含O2-和HCO3-，生成的CO2不會與CO32-反應生成HCO3-的，故該燃料電池的總反應式為：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O。按上述燃料電池正極反應式的書寫方法3知，在熔融碳酸鹽環(huán)境中，其正極反應式為O2＋2CO2+4e-=2CO32-。通入丁烷的一極為負極，其電極反應式可利用總反應式減去正極反應式求得，應為2C4H10+26CO32-－52e-=34CO2+10H2O。從上述電極反應式可看出，要使該電池的電解質(zhì)組成保持穩(wěn)定，在通入的空氣中應加入CO2，它從負極反應產(chǎn)物中來?！挞茈婋娊赓|(zhì)為固體氧化物例4：一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導O2-。下列對該燃料電池說法正確的是A.在熔融電解質(zhì)中，O2-由負極移向正極B.電池的總反應是：2C4H10＋13O2＝8CO2＋10H2OC.通入空氣的一極是正極，電極反應為：O2＋4e-＝2O2-D.通入丁烷的一極是正極，電極反應為：C4H10＋26e-＋13O2-＝4CO2＋5H2O√解析：本題以丁烷燃料電池為載體綜合考查了原電池原理涉及的有關(guān)“電子流向、電極反應式、總反應式”等內(nèi)容，因正極上富集電子，根據(jù)電性關(guān)系，O2-不可能移向正極，A錯。由丁烷的燃燒反應及電解質(zhì)的特性知該電池的總反應式為2C4H10＋13O2＝8CO2＋10H2O，B正確。按上述燃料電池正極反應式的書寫方法5知，在熔融狀態(tài)下允許O2-在其間通過，故其正極反應式為O2＋4e-=2O2-，C正確。通入丁烷的一極應為負極，D錯。二、微生物電池1、微生物燃料電池簡介微生物燃料電池(MicrobialFuelCell,簡稱MFC)利用微生物的作用進行能量轉(zhuǎn)換(如碳水化合物的代謝或光合作用等)，以微生物為主體，在陽極將有機物燃料氧化，并將電子捕獲，通過電極將其傳遞至陰極，進而產(chǎn)生電流，最終實現(xiàn)化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。在微生物燃料電池中用微生物作生物催化劑，可以在常溫常壓下進行能量轉(zhuǎn)換。微生物燃料電池具有產(chǎn)電與廢棄物處置的雙重功效，它代表了當今最前沿的廢棄物資源化利用方向之一，其研究受到了學術(shù)界的極大關(guān)注，有望成為未來有機廢棄物能源化處置的支柱性技術(shù)。2、微生物燃料電池分類根據(jù)電子傳遞方式進行分類，微生物燃料電池可分為直接的和間接的微生物燃料電池。所謂直接的是指燃料在電極上氧化的同時，電子直接從燃料分子轉(zhuǎn)移到電極，再由生物催化劑直接催化電極表面的反應，這種反應在化學中成為氧化還原反應；如果燃料是在電解液中或其它處所反應，電子通過氧化還原介體傳遞到電極上的電池就稱為間接微生物燃料電池。根據(jù)電池中是否需要添加電子傳遞介體又可分為有介體和無介體微生物燃料電池。參與傳遞電子的介體與微生物和陽極之間的作用形式有三種：(1)微生物將氧化還原反應產(chǎn)生的電子直接傳遞給溶解在溶液中的介體，介體再將電子傳遞給電極；(2)介體能進入到微生物體內(nèi)，參加反應被還原，從微生物體內(nèi)出來后再將電子傳遞給電極；(3)微生物吸附在電極表面，它將反應產(chǎn)生的電子傳遞給在細胞表面的介體，再通過介體傳遞給電極。3、微生物燃料電池工作原理微生物燃料電池基本工作原理是：在陽極室厭氧環(huán)境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜傳遞到陰極，氧化劑(一般為氧氣)在陰極得到電子被還原與質(zhì)子結(jié)合成水。微生物燃料電池工作原理有機物作為燃料在厭氧的陽極室中被微生物氧化，產(chǎn)生的電子被微生物捕獲并傳遞給電池陽極，電子通過外電路到達陰極，從而形成回路產(chǎn)生電流，而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達陰極，與電子受體(氧氣)反應生成水。其陽極和陰極反應式如下所示：陽極反應：(CH2O)n＋nH2O＝nCO2＋4ne-＋4nH+陰極反應：4e-＋O2＋4H+＝2H2O例如：在葡萄糖的發(fā)酵過程中，涉及到的可能的反應是：C6H12O6+2H2O=4H2+2CO2+2C2H4O2或C6H12O6=2H2+2CO2+C4H8O2。它表明，從理論上說，六碳底物中最多有三分之一的電子能夠用來產(chǎn)生電流，而其它三分之二的電子則保存在產(chǎn)生的發(fā)酵產(chǎn)物中，如乙酸和丁酸鹽?？傠娮恿康娜种挥脕戆l(fā)電的原因在于氫化酶的性質(zhì)，它通常使用這些電子產(chǎn)生氫氣，氫化酶一般位于膜的表面以便于與膜外的可活動的電子穿梭體相接觸，或者直接接觸在電極上。同重復觀察到的現(xiàn)象一致，這一代謝類型也預示著高的乙酸和丁酸鹽的產(chǎn)生。一些已知的制造發(fā)酵產(chǎn)物的微生物分屬于以下幾類：梭菌屬（Clostridium），產(chǎn)堿菌（Alcaligenes），腸球菌（Enterococcus），都已經(jīng)從MFCs中分離出來。4、微生物燃料電池優(yōu)勢(1)燃料來源多樣化：可以利用一般燃料電池不能利用的有機物，無機物、微生物呼吸的代謝產(chǎn)物、發(fā)酵的產(chǎn)物，以及污水等作為燃料。(2)電池的操作條件較溫和：由于使用微生物作為催化劑，電池常溫常壓下即可運行，這與現(xiàn)有的發(fā)電過程不同，使得電池維護成本低、安全性強。(3)生物相容性好:利用人體血液中的葡萄糖和氧氣作燃料，可為植入人體的一些人造器官提供電能。(4)無需能量輸入:微生物本身就可以進行能量轉(zhuǎn)化，把燃料能源轉(zhuǎn)化為電能，為人類提供能源。(6)能量利用率高，能量轉(zhuǎn)化過程無燃燒步驟，可直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能，能量利用效率較高。三、鋰電池2019年10月9日下午5點45分，瑞典皇家科學院宣布將2019年諾貝爾化學獎授予美國德州大學奧斯汀分校的JohnB.Goodenough教授，紐約州立大學Binghamton分校的M.StanleyWhittingham教授，以及日本旭化成公司化學家AkiraYoshino，三位“鋰電池之父”。以表彰其在鋰電池研究開發(fā)的卓越貢獻。鋰作為一種微小元素，不僅讓我們擁有輕巧的手機與隨時發(fā)微信，微博的便利，它還能儲存太陽能和風能，使特斯拉的電動汽車，微信的視頻通話不再是想象。更奠定了未來智能時代的基礎(chǔ)。感謝三位偉大的科學家，推動移動通信革命，徹底改變了世界！“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。鋰金屬電池鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰電池基本工作原理放電反應：Li+MnO2=LiMnO2鋰離子電池鋰離子電池具有工作電壓高、重量輕、體積小、無記憶效應、自放電率低、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，已廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、PDA等移動終端產(chǎn)品。純電動汽車動力電池的容量決定了車輛的續(xù)航能力，大電流放電能力決定車輛加速能力，因此，高比能量和大功率鋰離子電池成為首選的電動汽車電池。鋰離子電池負極一般是碳素材料，正極是含鋰的過渡金屬氧化物LiCoO2或LiMn2O4，LiFePO4等，電解質(zhì)是鋰鹽的有機溶液或聚合物。充電時，正極中的鋰離子脫離LiCoO2或LiMn2O4晶體，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入碳材料負極；放電時則相反。用LiCoO2作正極活性物質(zhì)的鋰離子電池反應為：放電時：Li1－xCoO2＋LixC6→LiCoO2＋6C；充電時：LiCoO2＋6C→Li1－xCoO2＋LixC6。鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。充電正極上發(fā)生的反應為：LiCoO2==Li1-xCoO2+XLi++Xe-(電子)充電負極上發(fā)生的反應為：6C+XLi++Xe-

=LixC6充電電池總反應：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6正極正極材料：可選的正極材料很多，主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對照：LiCoO23.7V140mAh/gLi2Mn2O44.0V100mAh/gLiFePO43.3V100mAh/gLi2FePO43.6V115mAh/g正極反應：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。充電時：LiFePO4

→Li1-xFePO4

+xLi++xe-放電時：Li1-xFePO4

+xLi++xe-

→LiFePO4。負極負極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。負極反應：放電時鋰離子脫嵌，充電時鋰離子嵌入。充電時：xLi++xe-

+6C→LixC6放電時：LixC6→xLi++xe-

+6C四、鈉電池有沒有鋰電池替代產(chǎn)品呢？也許是有的，那就是鈉離子電池。鈉離子電池為什么有可能取代鋰電池？鈉是地球上僅次于鋰的第二輕的金屬元素，從元素周期表中來看，鈉與鋰屬于同一族元素，它們的化學性質(zhì)相似，因此理論上鈉也可以像鋰一樣用來做電池。當然了，鈉的原子半徑比鋰要大很多，因為鈉原子比鋰原子要多8個電子，所以自然長得很胖。一旦長胖，就會有很多麻煩，比如它不能像鋰那樣嵌入到石墨中，而且它比鋰要重很多，使得單位質(zhì)量的電池儲能就要比鋰少。但是，鈉有一個優(yōu)點——鈉元素在地球上的含量非常高，它在地球上的含量是鋰的幾千倍。我們吃的食鹽里就有大量的鈉，海水中也有非常多的鈉。正因為含量十分豐富，所以鈉比鋰要便宜很多。在市場上，作為鋰原料的碳酸鋰價格每噸需要幾萬元；而作為鈉原料的氯化鈉的價格每噸只要幾千元。所以，作為電池來說，鈉電池與鋰電池相比的一個突出優(yōu)點就是便宜，這對于產(chǎn)業(yè)化來說是一個非常核心的優(yōu)勢。因為產(chǎn)業(yè)界最關(guān)心的是成本。當然，成本優(yōu)勢不等于技術(shù)優(yōu)勢，關(guān)鍵還要看鈉是不是真的可以做電池。電池的正極材料、負極材料、電解液是三個基本的組成部分，這些對鈉電池來說都沒有原則性的困難。所以鈉電池是可以存在的。以鈉離子電池的負極材料為例，可以做負極的材料有很多種，研究的比較多的主要是硬碳材料。雖然硬碳的儲鈉機理目前還沒有定論，而且不同的人做出的電池負極性能差異比較大，但這只是工藝問題，總有一天能做到標準化的。鈉離子電池工作原理實際上，鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池沒有太大的差別，利用的是鈉離子在正負極之間嵌脫過程實現(xiàn)充放電。充電時，Na+從正極脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，同時電子補償電荷經(jīng)外電路供給到負極，保證正負極電荷平衡。放電時則相反，Na+從負極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極。在正常的充放電情況下，Na+在正負極間的嵌入脫出不應該破壞電極材料的基本化學結(jié)構(gòu)（當然在實際情況下可能會產(chǎn)生一定的記憶效應，也可能導致電極材料的老化）。鈉離子電池的優(yōu)勢(1)鈉鹽原材料儲量豐富，價格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本降低一半；(2)由于鈉鹽特性，允許使用低濃度電解液（同樣濃度電解液，鈉鹽電導率高于鋰電解液20%左右）降低成本；(3)鈉離子不與鋁形成合金，負極可采用鋁箔作為集流體，可以進一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；(4)由于鈉離子電池無過放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。那么，鈉離子電池有技術(shù)優(yōu)勢嗎？有的人宣稱在原理上，鈉離子電池的充電時間可以縮短到鋰離子電池的1/5——雖然目前這方面的公開數(shù)據(jù)并不是很充分，于是只能說這是潛在的優(yōu)點。也有相關(guān)資料宣稱，鈉離子電池壽命超過10年，而通常鋰離子電池使用壽命只有3-4年，不過對于這一點是存疑的，根據(jù)相關(guān)調(diào)研，鈉離子電池的主要問題正是循環(huán)壽命不高，所以這是一個爭議點。目前鈉電池的產(chǎn)業(yè)化還停留在初級階段，很多研究成果只是在高校與研究所流傳，離真正落地還需要一定的時間——甚至有研究人員表示，在地球上的鋰儲量用完之前，鈉離子電池根本沒有機會。鈉離子電池是未來儲能電池的重要發(fā)展方向之一。隨著鈉離子研發(fā)技術(shù)的不斷進步，鈉離子電池的商業(yè)化進程會不斷加快，也許提前布局這一領(lǐng)域有望在新能源電池領(lǐng)域搶得先機。當然現(xiàn)在說鈉離子電池取代鋰電池似乎為時尚早。五、鐵電池目前國內(nèi)外研究的鐵電池有高鐵和鋰鐵兩種，還沒有廠家宣稱其產(chǎn)品可以大規(guī)模實用化。高鐵電池是以合成穩(wěn)定的高鐵酸鹽（K2FeO4、BaFeO4等），可作為高鐵電池的正極材料來制作能量密度大、體積小、重量輕、壽命長、無污染的新型化學電池鐵電池。單純的鐵電池，安全性相對強一些；但也不如另一種形式的儲存電能的裝置――超級電容器，又叫法拉電容。因為充電電池是化學電池，充電過程就是一個可逆的過程，都有危險性。而鋰鐵電池，因為有鋰離子，電壓過高容易產(chǎn)生鋰枝晶，也即是生成了單質(zhì)鋰，容易發(fā)生短路，造成危險。所以，大家在使用鋰鐵電池時候，尤其是充電的時候，要注意安全，不要超過許可電壓。鐵鋰電池鐵鋰電池是鋰電池家族中的一類電池，正極材料主要為磷酸鐵鋰材料。與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比，鋰離子電池在工作電壓、能量密度、循環(huán)壽命等方面都具有顯著優(yōu)勢。工作原理：鐵鋰電池的全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池，由于其性能特別適合于動力方面的應用，因而也有人叫它“鋰鐵動力電池”(以下簡稱“鋰鐵電池”)。鐵鋰電池的工作原理(LiFePO4)LiFePO4電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳（石墨）組成的電池負極，由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝。LiFePO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負極遷移；在放電過程中，負極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的。磷酸鐵鋰電池其實就是以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池，而關(guān)于鋰離子電池來說，正極材料分好多種如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等，其間磷酸鐵鋰是當今鋰電工業(yè)中最常用的一種材料。磷酸鐵鋰電池由鋁箔與電池正極聯(lián)接，左面是聚合物的隔閡它把正極與負極離隔，但鋰離子Li可以始末而電子e-不能始末，右邊是由碳組成的電池負極，由銅箔與電池的負極聯(lián)接，電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝，LiFePO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li始末聚合物隔閡向負極搬遷;在放電進程中，負極中的鋰離子Li始末隔閡向正極搬遷，鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回搬遷而命名的。磷酸鐵鋰離子電池作業(yè)原理，電池充電時，Li從磷酸鐵鋰晶體的010面搬遷到晶體外表，在電場力的效果下，進入電解液，穿過隔閡，再經(jīng)電解液搬遷到石墨晶體的外表，然后嵌入石墨晶格中，鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)化成磷酸鐵；電池放電時，Li從石墨晶體中脫嵌出來，進入電解液，穿過隔閡，再經(jīng)電解液搬遷到磷酸鐵鋰晶體的外表，然后重新經(jīng)010面嵌入到磷酸鐵鋰的晶格內(nèi)，再經(jīng)導電體流到磷酸鐵鋰正極而開始放電。對準磷酸鐵鋰電池正負極的導電而言，必須在電池的正負極中參加導電劑，使之在電池的活性資猜中構(gòu)成，在理論描繪進程中和理論出產(chǎn)進程中，如何結(jié)束上述三個等式，還需要描繪一系列的試驗來進行驗證，樹立數(shù)學模型或許樹立履歷公式，然后始末這些模型或許公式來進行鋰離子電池的描繪。

當時，國內(nèi)的鋰離子電池技能老到，以具有世界領(lǐng)先級水平，當時業(yè)界仍是注重于以磷酸鐵鋰資料為正極的鋰離子電池，也有不少國家研發(fā)了新的鋰離子電池資料，僅僅當時并沒有規(guī)模化出產(chǎn)，有學者指出，至少在10內(nèi)磷酸鐵鋰正極材料是打開的干流工業(yè)。六、新型電池1．鋅銀電池鋅銀電池通稱為銀鋅電池，采用氫氧化鉀或氫氧化鈉為電解液，由銀作正極材料，鋅作負極材料。由銀制成的正極上的活性物質(zhì)是多孔性銀，由鋅制成的負極上的活性物質(zhì)主要是氧化鋅。灌入電解液，經(jīng)充電后，正極的銀變成二價的氧化銀，負極的氧化鋅變成鋅。鋅銀電池一般裝在塑料殼內(nèi)或裝在鋁合金、不銹鋼的外殼內(nèi)。2．太陽電池常用的太陽電池是由硅制成的；一般是在電子型單晶硅的小片上用擴散法滲進一薄層硼，以得到PN結(jié)，然后再加上電極。當日光直射到滲了硼的薄層面上時，兩極間就產(chǎn)生電動勢。這種電池可用作人造衛(wèi)星上儀器的電源。除硅外，砷化鎵也是制作太陽電池的好材料。3.

核電池核電池又叫“放射性同位素電池”，它是通過半導體換能器將同位素在衰變過程中不斷地放出具有熱能的射線的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏圃於?。核電池已成功地用作航天器的電源、心臟起搏器電源和一些特殊軍事用途。據(jù)1975年的報道，當時國外正對第一個原子電池(原子電池即核電池)進行測試。這個可輸出20瓦、質(zhì)量為1398kg的原子電池已沉入北海海底，向鄰近的海洋測量站供電。這種電池密封在長84cm、直徑69cm、鉛外壁厚10cm的圓柱體中。它的核心部分是鍶90。當鍶衰變時，它產(chǎn)生相當于300W的熱能，然后通過熱電發(fā)生器將熱能轉(zhuǎn)化為電能。最后輸出的電功率是20W，電壓28V。據(jù)稱這種原子電池不需維護，至少可用5年，估計可用10年。當今世界，隨著環(huán)境保護問題越來越受到人類社會的重視，使微型固體分子燃料電池露出曙光。以前，燃料電池的研究與開發(fā)一直處于摸索階段，雖然在個別工廠里進行，但是進展顯得非常緩慢。最先投入研究與開發(fā)的是歐美國家的一些風險企業(yè)，日本便攜式電子設(shè)備制造廠家緊跟其后，并且緊追不舍，這些企業(yè)大力推進燃料電池的開發(fā)，大膽采用新材料，相繼獲得突破性進展。(1)培根型氫氧燃料電池該電池以氫氣作燃料，氧氣為氧化劑。采用雙層多孔燒結(jié)鎳作負極，用鋰鹽和鎳鹽處理過的雙層多孔燒結(jié)鎳作正極，以80％的高濃度氫氧化鉀作電解質(zhì)。在250℃溫度下工作，電性能比較好，轉(zhuǎn)換效率也較高。但其采用帶運動部件的氫氣循環(huán)排水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復雜，體積笨重，比功率較低。還存在腐蝕性問題，影響了培根型氫氧燃料電池的壽命。(2)離子交換膜氫氧燃料電池它是以氫氣作燃料、用氧氣作氧化劑的另一種燃料電池。將鉑黑涂在金屬網(wǎng)上作為正電極和負電極，采用離子交換膜作電解質(zhì)。其特點是其有“燈芯”排水系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、重量輕、比功率也較高。但是，它采用的離子交換膜的電阻較大，電池的電流密度比較??；需貴金屬作催化劑，限制了它的用途。(3)石棉膜氫氧燃料電池該電池又稱毛細膜燃料電池。燃料與氧化劑分別為氫和氧，用鉑等催化的燒結(jié)鎳或多孔碳作負極，多孔銀作正極。電解液為35％的氫氧化鉀。可采用氫氣循環(huán)動態(tài)排水系統(tǒng)，也可采用可靠的、適應空間環(huán)境的靜態(tài)排水系統(tǒng)。單體電池性能介于離子交換膜氫氧燃料電池和培根型氫氧燃料電池之間，奉命較長。這3種燃料電池可用于載人飛船、燈塔、潛艇、無人氣象站、電視差轉(zhuǎn)臺和一些軍事通信設(shè)備等。(4)氨空氣燃料電池它是以氨作燃料、空氣作氧化劑的一種燃料電池。又分為直接使用氨和間接使用氨的兩樣類型，前者的性能遠遠低于氫氧燃料電池；后者采用氨裂解產(chǎn)生的氫氣作燃料，負電極用硼化鎳催化的塑料粘結(jié)電極，正極用銀催化的塑料粘結(jié)電極。電解液為氫氧化鉀。特點是燃料便宜，易于貯存，可以應用于微波通信中繼站等領(lǐng)域。(5)高溫固體電解質(zhì)燃料電池這類電池是以氫氣作燃料、氧氣作氧化劑的高溫燃料電池。采用多孔鉑作為電極，將鉑涂在電解質(zhì)管的內(nèi)外壁上，一般是內(nèi)壁作負極，外壁作正極。電解質(zhì)有氧化鋯、氧化鈣、三氧化二釔的混合物，工作溫度高。特點是電流密度大，比功率高，為常溫燃料電池的3倍。但是其電解質(zhì)較脆，組合成比較大的電池組有一定的困難，需要使用貴金屬作催化劑，存在高溫腐蝕等問題。(6)高溫熔融碳酸鹽燃料電池該電池屬于高溫燃料電池的一種。它以烴類化合物如天然氣、甲醇或汽油等裂解生成的氫和一氧化碳為燃料，空氣作為氧化劑。負電極通常采用燒結(jié)鎳，正電極除了用氧化鎳或氧化銅外，也有用銀電極的。電解質(zhì)為熔融碳酸鈉和碳酸鉀的混合物。特點是能消除二氧化碳的排除問題，可以采用非貴金屬催化劑和廉價有機化合物作燃料。但是，存在固體碳沉積物毒化電極，高溫引起的材料腐蝕、燃料的化學裂解以及電解質(zhì)的使用壽命等問題。(7)有機化合物空氣(氧)燃料電池這一類電池是用有機化合物如甲醇、肼、烴和天然氣等作燃料，以空氣或氧作氧化劑的燃料電池。有機化合物分為直接使用的和裂解后使用的兩類。直接使用燃料的電池采用燒結(jié)金屬鎳電極、多孔碳電極或者塑料粘結(jié)電極，負極一般用硼化鎳、鎳或鉑、鈀催化，正極用鉑、鈀或銀、碳催化。選用氫氧化鉀、磷酸或硫酸作電解質(zhì)。主要有肼空氣(氧)和甲醇空氣(氧)燃料電池。特點是燃料一般為液體，濃差極小，材料易于儲存與運輸。甲醇電池的性能相對較差，適宜于作小功率的電源。主要應用于通信機、中繼站、電視轉(zhuǎn)播站、浮標、燈塔和無人值守氣象站等。使用燃料裂解后的電池，其特點是采用廉價的有機燃料，但需要裂解裝置，體積較大。(8)微型聚合物電解質(zhì)燃料電池這種電池采用碳納米管結(jié)構(gòu)。該碳納米管被命名為納米角(nanohorn)，其材料性質(zhì)比現(xiàn)在使用的活性碳優(yōu)越。如果許多納米管群聚在一起，形成直徑大約為100nm的聚合體。因為這些聚合體的形狀不規(guī)則，呈現(xiàn)出角狀，所以被命名為“納米角”。在燃料電池中使用此類聚合體作為電極，不僅能夠擴大表面面積，而且氣體和液體都能很容易地滲透，因此能提高電極的效率。在碳納米角結(jié)構(gòu)上形成的鉑催化劑顆粒尺寸，與采用常規(guī)的活性碳作電極支撐所形成的鉑催化劑顆粒相比，大約可以縮小一半。催化劑顆粒尺寸的大小，是影響燃料電池性能的一個重要因素。在用激光融化形成碳納米角過程中，同時蒸發(fā)鉑催化劑，鉑顆粒就依附在碳納米角的表面。這種方法不再采用復雜的傳統(tǒng)濕法工藝。日本NEC公司開發(fā)的這項技術(shù),不僅是燃料電池技術(shù)的進步，而且是納米自組裝技術(shù)的首次實際應用。微型聚合物電解質(zhì)燃料電池如果采用碳納米管結(jié)構(gòu)，提供的電池容量與鋰電池相比，可以高出10倍以上。廣泛采用這種結(jié)構(gòu)，為全球開發(fā)先進移動電子裝置進一步創(chuàng)造了條件。七、濃差電池1．在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，常涉及到“離子交換膜”。(1)常見的離子交換膜陽離子交換膜只允許陽離子(包括H＋)通過陰離子交換膜只允許陰離子通過質(zhì)子交換膜只允許H＋通過(2)離子交換膜的作用①能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極物質(zhì)發(fā)生化學反應。②能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。(3)離子交換膜的選擇依據(jù)：離子的定向移動。2．“濃差電池”的分析方法濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢的一種裝置。兩側(cè)半電池中的特定物質(zhì)有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據(jù)陰離子移向負極區(qū)域，陽離子移向正極區(qū)域判斷電池的正、負極，這是解題的關(guān)鍵。例題精講?明辨考向

1．濃差電池中的電動勢是由于電池中存在濃度差而產(chǎn)生的。某濃差電池的原理如圖所示，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時又獲得了電能。下列有關(guān)該電池的說法錯誤的是A．電池工作時，Li＋通過離子導體移向Y極區(qū)B．電流由X極通過外電路流向Y極C．正極發(fā)生的反應為2H＋＋2e－==H2↑D．Y極每生成1molCl2，X極區(qū)得到2molLiCl√解析：加入鹽酸，X極上生成氫氣，H＋發(fā)生還原反應：2H＋＋2e－==H2↑，X極為正極，Y極上Cl－發(fā)生氧化反應：2Cl－－2e－==Cl2↑，Y極是負極，電池工作時，Li＋向X極區(qū)移動，A項錯誤、C項正確；在外電路中電流由正極流向負極，B項正確；Y極每生成1molCl2，轉(zhuǎn)移2mol電子，有2molLi＋向正極移動，則X極區(qū)得到2molLiCl，D項正確?！?．物質(zhì)由高濃度向低濃度擴散而引發(fā)的一類電池稱為濃差電池。如圖是由Ag電極和硝酸銀溶液組成的電池(c1<c2)，工作時，A電極的質(zhì)量不斷減輕，下列說法正確的是A．Ag＋由交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移B．B極為正極，發(fā)生氧化反應C．若外電路通過0.1mol電子，則右側(cè)溶液減輕6.2gD．原電池的總反應不是氧化還原反應√題型突破?成竹在胸

1．構(gòu)建兩大模型(1)原電池基礎(chǔ)模型(2)可逆電池解題模型2．抓住一個重點——原電池電極方程式的書寫(1)燃料電池(以CH3OH燃料電池為例，體會不同介質(zhì)對電極反應的影響)質(zhì)子交換膜(酸性)H＋總反應：2CH3OH＋3O2==2CO2＋4H2O正極O2＋4e－＋4H＋==2H2O負極CH3OH－6e－＋H2O==CO2↑＋6H＋堿性燃料電池OH－總反應：2CH3OH＋3O2＋4OH－==2CO＋6H2O正極O2＋4e－＋2H2O==4OH－負極CH3OH－6e－＋8OH－==CO＋6H2O固態(tài)氧化物燃料電池O2－總反應：2CH3OH＋3O2==2CO2＋4H2O正極O2＋4e－==2O2－負極CH3OH－6e－＋3O2－==CO2↑＋2H2O(2)充電(可逆)電池拓展訓練?鞏固考點

1.(2024年1月“七省聯(lián)考”安徽卷)我國學者研制了一種鋅基電極，與涂覆氫氧化鎳的鎳基電極組成可充電電池，其示意圖如下。放電時，Zn轉(zhuǎn)化為2ZnCO3?3Zn(OH)2。下列說法錯誤的是A.放電時，正極反應為：Ni(OH)2＋2e－＝Ni＋2OH－B.放電時，若外電路有0.2mol電子轉(zhuǎn)移，則有0.1molZn2+向正極遷移C.充電時，a為外接電源負極D.充電時，陰極反應為：2ZnCO3?3Zn(OH)2＋10e－＝5Zn＋2CO32-＋6OH－√2.(2024年1月“七省聯(lián)考”甘肅卷)我國科學家設(shè)計了一種新型Zn－S可充電電池，該電池放電時硫電極發(fā)生兩步反應，分別為：S＋2Cu2+＋4e－＝Cu2S、5Cu2+＋O2＋10e－＝Cu＋2Cu2O，下列說法錯誤的是A.放電時鋅電極發(fā)生的反應為Zn－2e－＝Zn2+B.該電池充電時Cu2+的濃度增大C．該電池放電時電子從硫電極流出D.每生成1mol銅，外電路中通過10mol電子√√解析：根據(jù)題意，S得到電子，化合價降低，被還原，作正極，則Zn為負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為Zn－2e－＝Zn2+；A．由分析可知，放電時鋅失去電子發(fā)生氧化反應，發(fā)生的反應為Zn－2e－＝Zn2+，A正確；B．放電時，銅離子轉(zhuǎn)化為Cu2S、Cu2O、Cu，則充電時Cu2S、Cu2O、Cu轉(zhuǎn)化為銅離子，Cu2+的濃度增大，B正確；C．該電池放電時電子從負極鋅極流出，C錯誤；D．由反應5Cu2+＋O2＋10e－＝Cu＋2Cu2O可知，每生成1mol銅，需要10mol電子，由于該電池放電時硫電極發(fā)生兩步反應，則反應S＋2Cu2+＋4e－＝Cu2S也消耗一部分電子，故外電路中通過大于10mol電子，D錯誤；√3.(2024年1月“七省聯(lián)考”貴州卷)鈉基海水電池是一種能量密度高、環(huán)境友好的儲能電池(示意圖如下)，電極材料為鈉基材料和選擇性催化材料(能抑制海水中Cl－的吸附和氧化)，固體電解質(zhì)只允許Na＋透過。下列說法正確的是A.放電時，a電極發(fā)生還原反應B.放電時，b電極的電勢低于a電極C.充電時，b電極的電極反應式為：2Cl――2e－＝Cl2↑D.充電時，每轉(zhuǎn)移2mol電子，理論上有2molNa＋由b電極遷移到a電極解析：鈉為活潑金屬，失去電子發(fā)生氧化反應，a為負極，則b為正極；A．放電時，a電極為負極，鈉失去電子發(fā)生氧化反應，A錯誤；B．放電時，a為負極，b為正極，b電極的電勢高于a電極，B錯誤；C．放電時，a為負極，b為正極，充電時，b電極為陽極，由于選擇性催化材料能抑制海水中Cl－的吸附和氧化，故電極上不是氯離子放電，C錯誤；D．充電時，a為陰極，b為陽極，陽離子向陰極移動，故每轉(zhuǎn)移2mol電子，理論上有2molNa＋由b電極遷移到a電極，D正確；4.(2024年1月“七省聯(lián)考”河南卷)一種基于固體電解質(zhì)NASICON的可充電熔融鈉電池，具有安全、電流密度高、使用條件寬泛等優(yōu)點，其工作示意圖如下所示，已知電池放電時不斷有NaI生成。下列說法錯誤的是A.放電時a電極為負極B.固體電解質(zhì)NASICON含鈉離子C.充電時陽極反應式：3I――2e－＝I3-

D.轉(zhuǎn)移1mole－時，c區(qū)和d區(qū)的質(zhì)量差改變23g√5.(2024年1月“七省聯(lián)考”

吉林、黑龍江卷)如圖，b為H+/H2標準氫電極，可發(fā)生還原反應(2H+＋2e－＝H2↑)或氧化反應(H2－2e－＝2H+)，a、c分別為AgCl/Ag、AgI/Ag電極。實驗發(fā)現(xiàn)：1與2相連a電極質(zhì)量減小，2與3相連c電極質(zhì)量增大。下列說法正確的是A．1與2相連，鹽橋1中陽離子向b電極移動B．2與3相連，電池反應為2Ag＋2I－

＋2H+＝2AgI＋H2↑C．1與3相連，a電極減小的質(zhì)量等于c電極增大的質(zhì)量D．1與2、2與3相連，b電極均為e－

流出極√解析：1與2相連，左側(cè)兩池構(gòu)成原電池，a電極質(zhì)量減小，AgCl轉(zhuǎn)化為Ag，說明a為正極，b為負極，b極反應為H2－2e－＝2H+；2與3相連，右側(cè)兩池構(gòu)成原電池，c電極質(zhì)量增大，Ag轉(zhuǎn)化為AgI，說明c為負極，b為正極，b極反應為：2H+＋2e－＝H2↑，據(jù)此分析；A．1與2相連，a為正極，b為負極，鹽橋1中陽離子向a電極移動，A錯誤；B．2與3相連，右側(cè)兩池構(gòu)成原電池，c電極質(zhì)量增大，Ag轉(zhuǎn)化為AgI，說明c為負極，b為正極，生成氫氣，電池反應為2Ag＋2I－＋2H+＝2AgI＋H2↑，B正確；C．1與3相連，由于AgI更難溶，AgCl轉(zhuǎn)化為AgI，a極為正極，AgCl轉(zhuǎn)化為Ag，a極質(zhì)量減小，b極為負極，Ag轉(zhuǎn)化為AgI，b極質(zhì)量增加，a電極減小的質(zhì)量小于c電極增大的質(zhì)量，C錯誤；D．1與2相連，b為負極，b電極為e－流出極；2與3相連，c為負極，c電極為e－流出極，D錯誤；6.(2024年1月“七省聯(lián)考”

吉林、黑龍江卷)某生物質(zhì)電池原理如下圖所示，充、放電時分別得到高附加值的醇和羧酸。下列說法正確的是√7．(2024屆河南實驗中學期中)圖1為濃差電池，圖2為電滲析法制備磷酸二氫鈉，用濃差電池為電源完成電滲析法制備磷酸二氫鈉。下列說法錯誤的是√A.電極a應與Ag(II)相連B.電滲析裝置中膜b為陽離子交換膜C.電滲析過程中左、右室中H2SO4和NaOH的濃度均增大D.電池從開始到停止放電，理論上可制備2.4gNaH2PO4解析：電化學題目重點在于電極的判斷，濃差電池是一種利用電解質(zhì)溶液濃度差產(chǎn)生電勢差而形成的電池，則Ag(I)為負極，Ag(II)正極。A．濃差電池中由于右側(cè)AgNO3，濃度大，則Ag(I)為負極，Ag(II)正極；電滲析法制備磷酸二氫鈉，左室中的氫離子通過膜a進入中間室，中間室中的鈉離子通過膜b進入右室，則電a為陽極，電極b為陰極；電極a應與Ag(II)相連，故A正確；B．左室中的氫離子通過膜a進入中間室，中間室中的鈉離子通過膜b進入右室，膜b為陽離子交換膜，故B正確；C．陽極中的水失電子電解生成氧氣和氫離子，氫離子通過膜a進入中間室，消耗水，硫酸的濃度增大；陰極水得電子電解生成氫氣，中間室中的鈉離子通過膜b進入右室NaOH的濃度增大，故C正確；D．電池從開始到停止放電時，則濃差電池兩邊AgNO3濃度相等，所以正極析出0.02mol銀，電路中轉(zhuǎn)移0.02mol電子，電滲析裝置生成0.01molNaH2PO4，質(zhì)量為1.2g，故D錯誤；√8．(2024年1月浙江省選考仿真)以熔融Li2CO3和K2CO3為電解質(zhì)，天然氣經(jīng)重整催化作用提供反應氣的燃料電池如圖。下列說法正確的是A．當外電路中通過2mol電子時，將消耗11.2LO2B．通天然氣的電極為負極，發(fā)生還原反應C．該電池使用過程中需補充Li2CO3和K2CO3D．正極電極反應式為O2＋4e－＋2CO2＝2CO32-√9．(2024屆安徽蒙城五校聯(lián)考)最近，一家瑞典公司發(fā)明了一種新型充電器"PowerTrekk'’，僅僅需要一勺水，它便可以產(chǎn)生維持10小時手機使用的電量。其反應原理為：Na4Si+5H2O＝2NaOH+Na2SiO3+4H2↑，則下列說法正確的是A.該電池可用晶體硅做電極材料B.Na4Si在電池的負極發(fā)生還原反應，生成Na2SiO3C.電池正極發(fā)生的反應為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-D.當電池轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，可生成標準狀況下1.12LH2解析：由該電池的反應原理可知，硅化鈉是還原劑，其在負極上發(fā)生氧化反應；水是氧化劑，其在正極上發(fā)生還原反應；反應中電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目是8e－。A.該電池工作時生成氫氧化鈉溶液，而硅可以與氫氧化鈉反應，所以不能用晶體硅做電極材料，A不正確；B．Na4Si在電池的負極發(fā)生氧化反應，B不正確；C.電池正極發(fā)生的反應為2H2O+2e-＝H2↑+2OH－，C正確；D.當電池轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，可生成標準狀況下2.24LH2，D不正確。10．(2024屆重慶南開中學)工業(yè)上用雙陰極微生物燃料電池處理含NH＋4和CH3COO－的廢水。廢水在電池中的運行模式如圖1所示，電池的工作原理如圖2所示。已知Ⅲ室中O2除了在電極上發(fā)生反應，還在溶液中參與了一個氧化還原反應。下列說法不正確的是√11.(2024屆重慶巴蜀中學)某種利用垃圾滲透液實現(xiàn)發(fā)電、環(huán)保二位一體結(jié)合的裝置示意圖如圖，當該裝置工作時，下列說法正確的是A．X極附近c(K+)增大B.電路中流過15mol電子時，共產(chǎn)生標準狀況下N2的體積為33.6LC.電流由X極沿導線流向Y極D．Y極發(fā)生的反應為2NO3-＋10e－＋6H2O＝N2↑＋12OH－，周圍pH增大√A.電子由電極M經(jīng)用電器流向電極NB.該電池的優(yōu)點是條件溫和，利用率高，無污染C.通過膜1的陰離子數(shù)目一定等于通過膜2的陽離子數(shù)目D.電池的總反應可表示為4OCN－＋3O2＋4H+＝4CO2＋2N2＋2H2O√解析：從圖中可以看出，在M極，OCN－轉(zhuǎn)化為CO2和N2，N元素由-3價升高到0價，則M極為負極；在N極，O2作氧化劑，則N極為正極。A．原電池工作時，電子由負極沿導線流向正極，則電子由電極M經(jīng)用電器流向電極N，A正確；B．該電池在厭氧微生物的催化作用下，常溫下，將OCN-等雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2、N2等，所以優(yōu)點是條件溫和，利用率高，無污染，B正確；13.(2024屆云南師大附中)全固態(tài)鋰電池能量密度大，安全性高，拓寬了電池工作溫度范圍和應用領(lǐng)域。一種全固態(tài)鋰—空氣電池設(shè)計如圖，電池總反應為：O2＋2Li＝Li2O2。下列說法正確的是(注：復合電極包含石墨、催化劑及放電時生成的Li2O2)A.放電時，外電路電流的方向是由Li電極流向復合電極B.充電時，Li電極應與電源的正極相連C.充電時，陽極的電極反應為：Li2O2－2e－

＝O2＋2Li+D.放電時，如果電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上復合電極凈增重7g√解析：根據(jù)電池總反應為：O2＋2Li＝Li2O2，可知放電時，Li在負極發(fā)生失電子的氧化反應生成Li2O2，氧氣在正極發(fā)生得電子的還原反應；充電時，陽極反應與電源的正極反應相反，陰極連接電源的負極，與其電極反應式相反，據(jù)此分析解答。A．原電池中電流從正極沿外電路流向負極，Li電極為負極，復合電極為正極，則電流由復合電極流向Li電極，故A錯誤；B．充電時，Li電極應與電源的負極相連，故B錯誤；C．根據(jù)上述分析可知，充電時，陽極的電極反應為：Li2O2－2e－＝O2＋2Li+，故C正確；D．放電時，如果電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上復合電極有0.5molLi2O2生成，即凈增重23g，故D錯誤；14．(2024屆河南項城五校聯(lián)考)從玉米穗軸、燕麥與小麥的麥麩和鋸木屑等各種農(nóng)副產(chǎn)品中萃取。清華大學某科研團隊創(chuàng)造了一種新型可充放電的生物質(zhì)電池，其工作原理如圖所示：√下列說法正確的是A.放電時，Rh1Cu電極發(fā)生還原反應B.充電時，OH－由右側(cè)通過陰離子交換膜移向左側(cè)C.放電時，若外電路轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上正極增重1gD.充電時，陰極電極反應為＋2e－＋2H+＝√15.(2024屆百師聯(lián)盟聯(lián)考)燃料電池為現(xiàn)代能源利用的新形式，圖為(Fe3+/Fe2+)/甲醇單液燃料電池，下列說法錯誤的是A．e3+在正極放電B.隔膜為質(zhì)子交換膜C.負極反應為CH3OH＋H2O－6e－＝CO2↑＋6H+D.放電結(jié)束后，通入空氣可使Fe3+再生，每再生0.4molFe3+，可消耗2.24LO2解析：甲醇單液燃料電池甲醇會被氧化為CO2，所以通入甲醇的一極為負極，即左側(cè)為負極，右側(cè)則為正極，F(xiàn)e3+被還原為Fe2+。A．根據(jù)分析，右側(cè)則為正極，F(xiàn)e3+被還原為Fe2+，A正確；B．Fe3+、Fe2+在堿性環(huán)境中不能大量存在，所以需為維持混合溶液為酸性，負極反應為CH3OH+H2O-6e?=CO2↑+6H+，產(chǎn)生的H+會通過隔膜向右側(cè)移動，所以隔膜為質(zhì)子交換膜，B正確；C．負極為通入甲醇的一極，據(jù)圖可知甲醇被氧化為CO2，根據(jù)電子守恒、元素守恒可知電極反應式為CH3OH＋H2O－6e－＝CO2↑＋6H+，C正確；D．若為標準狀況，則消耗2.24LO2，但選項未注明是否為標況，D錯誤；16．(2024屆廣東二模)液流電池是一種正負極各自循環(huán)的高性能蓄電池。多硫化物/碘化物氧化還原液流電池放電示意圖如圖所示。下列說法正確的是√17．(2024屆浙江紹興稽陽聯(lián)誼聯(lián)考)鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽，相較于鋰鹽而言儲量更豐富，價格更低廉。某鈉離子電池結(jié)構(gòu)如圖所示，電極A為含鈉過渡金屬氧化物(NaTMO2)，電極B為硬碳，充電時Na+得電子成為Na嵌入硬碳中，下列說法正確的是A.放電時，A是原電池的負極B.放電時，外電路通過amol電子時，A電極電解質(zhì)損失amolNa+C.充電時，電極A為陽極，反應可表示為NaTMO2－xe－＝Na1－xTMO2＋xNa+D.單位質(zhì)量的負極材料鈉離子電池比鋰離子電池可以提供更多的電量√解析：充電時Na得電子成為Na嵌入硬碳中，則硬碳為電解池的陰極，為電池的負極，即電極B為電池的負極，A為電池的正極。A．電極B為電池的負極，充電時，與外接直流電源的負極相連，A錯誤；B．放電時，A電極(正極)電極反應式為Na1－xTMO2＋xNa+＋xe－＝NaTMO2，Na+從負極向A電極遷移，然后參與電極反應，故A電極電解質(zhì)中不損失Na+，B錯誤；C．放電時，為原電池裝置，A為正極，充電時A為陽極，電極反應式為NaTMO2－xe－＝Na1－xTMO2＋xNa+，C正確；D．單位質(zhì)量的負極材料鈉離子電池比鋰離子電池可以提供更少的電量，D錯誤；18．(2024屆西安四區(qū)一模)中科院研制出了雙碳雙離子電池，以石墨(Cn)和中間相炭微粒球(MCMB)為電極，電解質(zhì)溶液為含有KPF6的有機溶液，其充電示意圖如圖所示。其反應機理為：充電時，電解液中的鉀離子運動到中間相碳微粒球負極表面，并嵌入至石墨層中，同時六氟磷酸根陰離子插層到正極石墨中；放電時，鉀離子從負極石墨層中脫出，同時正極石墨中的六氟磷酸根脫嵌回到電解液中。下列說法正確的是√19．(2024屆河南聯(lián)考)我國科學家開發(fā)了一款高壓無陽極配置可充電鈉電池，其充電過程的原理如圖所示。下列說法正確的是A．放電時，電子由b極經(jīng)3A沸石分子篩膜流向a極B．放電時，a極的電極反應式為Na＋＋e－

==NaC．充電時，b極為陽極，發(fā)生還原反應D．充電時，電路中每遷移2mol電子，理論上a極凈增重46g√解析：由圖可知，放電時，a極為負極，電極反應式為Na－e－==Na＋，b極為正極，電極反應式為Na＋＋e－==Na；充電時，b極為陽極，電極反應式為Na－e－==Na＋，a極為陰極，電極反應式為Na＋＋e－==Na，據(jù)此作答。A.放電時，電子不經(jīng)過電解質(zhì)，A錯誤；B.放電時，a極為負極，電極反應式為Na－e－==Na＋，B錯誤；C.充電時，b極為陽極，陽極失去電子發(fā)生氧化反應，C錯誤；D.充電時，a極為陰極，電極反應式為Na＋＋e－==Na，電路中每遷移2mol電子，理論上a極凈增重46g，D正確。20．(2024屆湘豫名校聯(lián)考)微生物燃料電池(MFCs)技術(shù)以污水中的有機物為電子供體，在微生物的參與下將蘊含在污水中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能，可在常溫下運行，且污泥產(chǎn)率遠低于活性污泥法，是一種集污水凈化和能源轉(zhuǎn)化于一體的新型污水處理與能源回收技術(shù)，為有機污水的低成本處理提供了一條新路徑。關(guān)于MFCs說法錯誤的是√21．(2024屆張家口聯(lián)考)下圖為一種一氧化碳氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，它與報警器配套使用，是一氧化碳氣體報警器中的核心檢測元件。當一氧化碳氣體擴散到傳感器時，其輸出端產(chǎn)生電流輸出，通過外接信號采集電路和相應的轉(zhuǎn)換、輸出電路，就能夠?qū)σ谎趸細怏w實現(xiàn)檢測和監(jiān)控。下列關(guān)于這種一氧化碳氣體傳感器的說法中正確的是A．該傳感器將電能轉(zhuǎn)化為化學能B．傳感器中的對電極為負極，電解液中H＋向?qū)﹄姌O移動C．一氧化碳氣體在工作電極上的反應式為：CO＋H2O＋2e－===CO2＋2H＋D．該傳感器產(chǎn)生輸出電流大小與一氧化碳氣體的濃度成正比√解析：A.根據(jù)題意該傳感器吸收一氧化碳向外界傳出電流，故為原電池裝置，將化學能轉(zhuǎn)化為電能，A項錯誤；B.對電極為氧氣進入的一極，氧氣得電子結(jié)合H＋生成H2O，在該極發(fā)生還原反應，是原電池的正極，電解液中H＋向正極(對電極)移動，B項錯誤；C.一氧化碳氣體在工作電極上失電子被氧化，反應式為：CO＋H2O－2e－===CO2＋2H＋，C項錯誤；D.該傳感器用于監(jiān)測空氣中一氧化碳含量，所產(chǎn)生輸出電流與參加反應氣體量相關(guān)，其大小與一氧化碳氣體的濃度成正比，D項正確?！?2．(2024屆內(nèi)江一模)新型鎂－鋰雙離子二次電池的工作原理如圖。下列關(guān)于該電池的說法正確的是A．放電時，Li＋通過離子交換膜向左移動B．充電時，x與電源正極相連C．放電時，正極的電極反應式為：Li1－xFePO4＋xLi＋－xe－===LiFePO4D．充電時，導線上每通過0.4mole－，左室中溶液的質(zhì)量減少2g解析：A.放電時，左邊為負極，右邊為正極，根據(jù)“同性相吸”原理，Li＋通過離子交換膜向正極即向右移動，故A錯誤；B.放電時Mg為負極，充電時，x與電源負極相連，故B錯誤；C.放電時，正極的電極反應式為：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－==LiFePO4，故C錯誤；D.充電時，Mg為陰極，陰極是Mg2＋＋2e－==Mg，溶液中Li＋向陰極即左室移動，導線上每通過0.4mole－，則有0.2molMg2＋消耗，有0.4molLi＋移向左室，左室中溶液的質(zhì)量減少0.2mol×24g·mol－1－0.4mol×7g·mol－1＝2g，故D正確。23．(2024屆安陽名校調(diào)研)中國科學院施劍林院士團隊報道了一種新型的自供能電化學共催化體系，該系統(tǒng)以Zn－H2O原電池結(jié)構(gòu)為根基，中性磷酸鹽緩