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

角度二新型化學(xué)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(guó)卷Ⅲ，13)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)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(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn－NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應(yīng)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(cuò)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(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)D．放電過程中OH－通過隔膜從負(fù)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(yīng)的化合價(jià)變化，判斷電極反應(yīng)式的正誤。放電：Zn化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)。充電：Ni化合價(jià)升高，Ni(OH)2發(fā)生氧化反應(yīng)。第二步：判斷離子移動(dòng)方向。(1)原電池：陰離子→負(fù)極，陽(yáng)離子→正極。(2)電解池：陰離子→陽(yáng)極，陽(yáng)離子→陰極。第三步：根據(jù)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(xiàng)正確。一秒巧解放電時(shí)，電池內(nèi)部陰離子由正極向負(fù)極移動(dòng)，迅速判斷D項(xiàng)錯(cuò)誤。1．(2020·天津，11)熔融鈉—硫電池性能優(yōu)良，是具有應(yīng)用前景的儲(chǔ)能電池。下圖中的電池反應(yīng)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(cuò)誤的是()A．Na2S4的電子式為B．放電時(shí)正極反應(yīng)為xS＋2Na＋＋2e－=Na2SxC．Na和Na2Sx分別為電池的負(fù)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(duì)，四硫化二鈉屬于離子化合物，其中硫達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其電子式為；B對(duì)，根據(jù)總反應(yīng)可知，S在正極發(fā)生反應(yīng)，電極反應(yīng)為xS＋2Na＋＋2e－=Na2Sx；C錯(cuò)，電池正極是含碳粉的熔融硫；D對(duì)，因?yàn)樵撾姵乜梢猿潆?，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(yīng)。2．某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，利用氫鎳電池為鈉硫電池充電。已知?dú)滏囯姵胤烹姇r(shí)的總反應(yīng)式為NiOOH＋MH=Ni(OH)2＋M。下列說法正確的是()A．a(chǎn)極為氫鎳電池的正極B．氫鎳電池的負(fù)極反應(yīng)式為MH＋OH－－2e－=M＋＋H2OC．充電時(shí)，Na＋通過固體Al2O3陶瓷向M極移動(dòng)D．充電時(shí)，外電路中每通過2mol電子，N極上生成1molS單質(zhì)答案C解析利用氫鎳電池為鈉硫電池充電時(shí)，氫鎳電池為直流電源，鈉硫電池放電時(shí)，活潑金屬Na在負(fù)極失電子，故M極為負(fù)極，充電時(shí)M極作陰極，故a極為氫鎳電池的負(fù)極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由氫鎳電池的總反應(yīng)式知，負(fù)極的電極反應(yīng)式為MH＋OH－－e－=M＋H2O，B項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，C項(xiàng)正確；充電時(shí)，N極的電極反應(yīng)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(zhì)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3．(2020·山東5月等級(jí)模擬考，8)鋰—空氣電池是一種可充放電池，電池反應(yīng)為2Li＋O2=Li2O2，某鋰—空氣電池的構(gòu)造原理圖如下。下列說法正確的是()A．可選用有機(jī)電解液或水性電解液B．含催化劑的多孔電極為電池的負(fù)極C．放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2D．充電時(shí)鋰電極應(yīng)連接外接電源的正極答案C解析應(yīng)選用有機(jī)電解液，水性電解液會(huì)與Li直接反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；含催化劑的多孔電極為電池的正極，故B錯(cuò)誤；充電時(shí)鋰電極應(yīng)連接外接電源的負(fù)極，發(fā)生電極反應(yīng)：Li＋＋e－=Li，故D錯(cuò)誤。4．(2021·南寧三中高三模擬)2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給在鋰離子電池發(fā)展方面作出突出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)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(dǎo)體膜只允許Li＋通過，電池反應(yīng)為xCa2＋＋2LiFePO4eq\o(,\s\up7(充電),\s\do5(放電))xCa＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋。下列說法錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)iFePO4－xe－=2Li1－xFePO4＋xLi＋B．充電時(shí)，Li1－xFePO4/LiFePO4電極發(fā)生Li＋脫嵌，放電時(shí)發(fā)生Li＋嵌入C．充電時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，理論上左室中電解質(zhì)的質(zhì)量減輕2.6gD．LiPF6—LiAsF6為非水電解質(zhì)，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(shí)，陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)：LiFePO4－xe－xLi＋＋Li1－xFePO4，電極發(fā)生Li＋脫嵌，B正確；充電時(shí)陰極發(fā)生反應(yīng)：Ca2＋＋2e－=Ca，轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，有0.2molLi＋從右室通過鋰離子導(dǎo)體膜移入左室，左室電解質(zhì)中有0.1molg，C正確；鈣與水能夠劇烈反應(yīng)，所以，左室中的LiPF6—LiAsF6電解質(zhì)一定為非水電解質(zhì)，Li2SO4溶液為右室中的電解質(zhì)溶液，它們的主要作用都是傳遞離子，形成電流，構(gòu)成閉合回路，D正確。5．(2021·天津高三三模)我國(guó)化學(xué)工作者提出一種利用有機(jī)電極(PTO/HQ)和無(wú)機(jī)電極(MnO2/石墨氈)，在酸性環(huán)境中可充電的電池，其放電時(shí)的工作原理如圖所示：下列說法錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，MnO2/石墨氈為正極，發(fā)生還原反應(yīng)B．充電時(shí)，有機(jī)電極和外接電源的負(fù)極相連C．放電時(shí)，MnO2/石墨氈電極的電極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2OD．充電時(shí)，有機(jī)電極的電極反應(yīng)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(yīng)，故A正確；充電時(shí)，有機(jī)電極PTO得到電子和H＋生成HQ結(jié)構(gòu)，則有機(jī)電極和外接電源的負(fù)極相連，故B正確；放電時(shí)，MnO2/石墨氈電極為正極，MnO2得電子被還原成Mn2＋，則其電極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，故C正確；充電時(shí)，有機(jī)電極的電極反應(yīng)式為PTO＋4e－＋4H＋=HQ，故D錯(cuò)誤。6．一種可充電鋰—空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時(shí)，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(shí)，多孔碳材料電極為負(fù)極B．放電時(shí)，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C．充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中Li＋向多孔碳材料區(qū)遷移D．充電時(shí)，電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2－x=2Li＋(1－eq\f(x,2))O2↑答案D解析由題意知，放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為4Li－4e－=4Li＋，正極反應(yīng)為(2－x)O2＋4Li