2022屆高考化學二輪教學案-命題區(qū)間七角度二　新型化學電源的充放電分析

角度二新型化學電源的充放電分析可充電電池的解題、審題思路典例(2019·全國卷Ⅲ，13)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點，設計了采用強堿性電解質的3D-Zn－NiOOH二次電池，結構如圖所示。電池反應為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是()A．三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高B．充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時負極反應為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)D．放電過程中OH－通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū)審題流程解題流程第一步：分析電池反應的化合價變化，判斷電極反應式的正誤。放電：Zn化合價升高，發(fā)生氧化反應。充電：Ni化合價升高，Ni(OH)2發(fā)生氧化反應。第二步：判斷離子移動方向。(1)原電池：陰離子→負極，陽離子→正極。(2)電解池：陰離子→陽極，陽離子→陰極。第三步：根據題目信息分析新情境問題。三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO推知A項正確。一秒巧解放電時，電池內部陰離子由正極向負極移動，迅速判斷D項錯誤。1．(2020·天津，11)熔融鈉—硫電池性能優(yōu)良，是具有應用前景的儲能電池。下圖中的電池反應為2Na＋xSeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Na2Sx(x＝5～3，難溶于熔融硫)，下列說法錯誤的是()A．Na2S4的電子式為B．放電時正極反應為xS＋2Na＋＋2e－=Na2SxC．Na和Na2Sx分別為電池的負極和正極D．該電池是以Na-β-Al2O3為隔膜的二次電池答案C解析A對，四硫化二鈉屬于離子化合物，其中硫達到8電子穩(wěn)定結構，其電子式為；B對，根據總反應可知，S在正極發(fā)生反應，電極反應為xS＋2Na＋＋2e－=Na2Sx；C錯，電池正極是含碳粉的熔融硫；D對，因為該電池可以充電，所以為二次電池，其中Na-β-Al2O3是隔膜，防止熔融鈉與熔融硫直接反應。2．某學習小組設計如圖所示實驗裝置，利用氫鎳電池為鈉硫電池充電。已知氫鎳電池放電時的總反應式為NiOOH＋MH=Ni(OH)2＋M。下列說法正確的是()A．a極為氫鎳電池的正極B．氫鎳電池的負極反應式為MH＋OH－－2e－=M＋＋H2OC．充電時，Na＋通過固體Al2O3陶瓷向M極移動D．充電時，外電路中每通過2mol電子，N極上生成1molS單質答案C解析利用氫鎳電池為鈉硫電池充電時，氫鎳電池為直流電源，鈉硫電池放電時，活潑金屬Na在負極失電子，故M極為負極，充電時M極作陰極，故a極為氫鎳電池的負極，A項錯誤；由氫鎳電池的總反應式知，負極的電極反應式為MH＋OH－－e－=M＋H2O，B項錯誤；充電時，陽離子向陰極移動，C項正確；充電時，N極的電極反應式為Seq\o\al(2－,x)－2e－=xS，故外電路中每通過2mol電子，N極上生成xmolS單質，D項錯誤。3．(2020·山東5月等級模擬考，8)鋰—空氣電池是一種可充放電池，電池反應為2Li＋O2=Li2O2，某鋰—空氣電池的構造原理圖如下。下列說法正確的是()A．可選用有機電解液或水性電解液B．含催化劑的多孔電極為電池的負極C．放電時正極的電極反應式為O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2D．充電時鋰電極應連接外接電源的正極答案C解析應選用有機電解液，水性電解液會與Li直接反應，故A錯誤；含催化劑的多孔電極為電池的正極，故B錯誤；充電時鋰電極應連接外接電源的負極，發(fā)生電極反應：Li＋＋e－=Li，故D錯誤。4．(2021·南寧三中高三模擬)2019年諾貝爾化學獎頒給在鋰離子電池發(fā)展方面作出突出貢獻的三位科學家。下圖是最近研發(fā)的Ca－LiFePO4可充電電池的工作示意圖，鋰離子導體膜只允許Li＋通過，電池反應為xCa2＋＋2LiFePO4eq\o(,\s\up7(充電),\s\do5(放電))xCa＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋。下列說法錯誤的是()A．放電時，負極反應為LiFePO4－xe－=2Li1－xFePO4＋xLi＋B．充電時，Li1－xFePO4/LiFePO4電極發(fā)生Li＋脫嵌，放電時發(fā)生Li＋嵌入C．充電時，當轉移0.2mol電子時，理論上左室中電解質的質量減輕2.6gD．LiPF6—LiAsF6為非水電解質，其與Li2SO4溶液的主要作用都是傳遞離子答案A＋＋xe－LiFePO4，電極發(fā)生Li＋嵌入，充電時，陽極發(fā)生反應：LiFePO4－xe－xLi＋＋Li1－xFePO4，電極發(fā)生Li＋脫嵌，B正確；充電時陰極發(fā)生反應：Ca2＋＋2e－=Ca，轉移0.2mol電子時，有0.2molLi＋從右室通過鋰離子導體膜移入左室，左室電解質中有0.1molg，C正確；鈣與水能夠劇烈反應，所以，左室中的LiPF6—LiAsF6電解質一定為非水電解質，Li2SO4溶液為右室中的電解質溶液，它們的主要作用都是傳遞離子，形成電流，構成閉合回路，D正確。5．(2021·天津高三三模)我國化學工作者提出一種利用有機電極(PTO/HQ)和無機電極(MnO2/石墨氈)，在酸性環(huán)境中可充電的電池，其放電時的工作原理如圖所示：下列說法錯誤的是()A．放電時，MnO2/石墨氈為正極，發(fā)生還原反應B．充電時，有機電極和外接電源的負極相連C．放電時，MnO2/石墨氈電極的電極反應式為MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2OD．充電時，有機電極的電極反應式為PTO＋4e－＋4H2O=HQ＋4OH－答案D解析從工作原理圖可知，MnO2生成Mn2＋，得到了電子，則MnO2/石墨氈為正極，發(fā)生還原反應，故A正確；充電時，有機電極PTO得到電子和H＋生成HQ結構，則有機電極和外接電源的負極相連，故B正確；放電時，MnO2/石墨氈電極為正極，MnO2得電子被還原成Mn2＋，則其電極反應式為MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，故C正確；充電時，有機電極的電極反應式為PTO＋4e－＋4H＋=HQ，故D錯誤。6．一種可充電鋰—空氣電池如圖所示。當電池放電時，O2與Li＋在多孔碳材料電極處生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列說法正確的是()A．放電時，多孔碳材料電極為負極B．放電時，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C．充電時，電解質溶液中Li＋向多孔碳材料區(qū)遷移D．充電時，電池總反應為Li2O2－x=2Li＋(1－eq\f(x,2))O2↑答案D解析由題意知，放電時負極反應為4Li－4e－=4Li＋，正極反應為(2－x)O2＋4Li