2022屆新高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)新型化學(xué)電源學(xué)案

新型化學(xué)電源eq\a\vs4\al(|回扣)eq\a\vs4\al(——核心知識(shí))eq\a\vs4\al(|)1．十五種新型電池的電極反應(yīng)式(在空格內(nèi)填寫電極反應(yīng)式)鋅銀電池總反應(yīng)：Ag2O＋Zn＋H2Oeq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))2Ag＋Zn(OH)2正極eq\o(□,\s\up2(1))Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－負(fù)極eq\o(□,\s\up2(2))Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2鋅空氣電池總反應(yīng)：2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O=2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)正極eq\o(□,\s\up2(3))O2＋4e－＋2H2O=4OH－負(fù)極eq\o(□,\s\up2(4))Zn＋4OH－－2e－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)鎳鐵電池總反應(yīng)：NiO2＋Fe＋2H2Oeq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))Fe(OH)2＋Ni(OH)2正極eq\o(□,\s\up2(5))NiO2＋2e－＋2H2O=Ni(OH)2＋2OH－負(fù)極eq\o(□,\s\up2(6))Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2高鐵電池總反應(yīng)：3Zn＋2FeOeq\o\al(2－,4)＋8H2Oeq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－正極eq\o(□,\s\up2(7))FeOeq\o\al(2－,4)＋3e－＋4H2O=Fe(OH)3＋5OH－負(fù)極eq\o(□,\s\up2(8))Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2鎳鎘電池總反應(yīng)：Cd＋2NiO(OH)＋2H2Oeq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2正極eq\o(□,\s\up2(9))NiO(OH)＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－負(fù)極eq\o(□,\s\up2(10))Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2Mg-H2O2電池總反應(yīng)：H2O2＋2H＋＋Mg=Mg2＋＋2H2O正極eq\o(□,\s\up2(11))H2O2＋2H＋＋2e－=2H2O負(fù)極eq\o(□,\s\up2(12))Mg－2e－=Mg2＋Mg-AgCl電池總反應(yīng)：Mg＋2AgCl=2Ag＋Mg2＋＋2Cl－正極eq\o(□,\s\up2(13))2AgCl＋2e－=2Ag＋2Cl－負(fù)極eq\o(□,\s\up2(14))Mg－2e－=Mg2＋鎂鉬電池總反應(yīng)：xMg＋Mo3S4eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))MgxMo3S4正極eq\o(□,\s\up2(15))Mo3S4＋2xe－=Mo3Seq\o\al(2x－,4)負(fù)極eq\o(□,\s\up2(16))xMg－2xe－=xMg2＋鈉硫電池總反應(yīng)：2Na＋xS=Na2Sx正極eq\o(□,\s\up2(17))xS＋2e－=Seq\o\al(2－,x)負(fù)極eq\o(□,\s\up2(18))2Na－2e－=2Na＋鈉硫蓄電池總反應(yīng)：2Na2S2＋NaBr3eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))Na2S4＋3NaBr正極eq\o(□,\s\up2(19))NaBr3＋2e－＋2Na＋=3NaBr負(fù)極eq\o(□,\s\up2(20))2Na2S2－2e－=Na2S4＋2Na＋鈉離子電池總反應(yīng)：Na1－mCoO2＋NamCneq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))NaCoO2＋Cn正極eq\o(□,\s\up2(21))Na1－mCoO2＋me－＋mNa＋=NaCoO2負(fù)極eq\o(□,\s\up2(22))NamCn－me－=mNa＋＋Cn全釩液流電池總反應(yīng)：VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))V3＋＋VO2＋＋H2O正極eq\o(□,\s\up2(23))VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2O負(fù)極eq\o(□,\s\up2(24))V2＋－e－=V3＋鋰釩氧化物電池總反應(yīng)：xLi＋LiV3O8=Li1＋xV3O8正極eq\o(□,\s\up2(25))xLi＋＋LiV3O8＋xe－=Li1＋xV3O8負(fù)極eq\o(□,\s\up2(26))xLi－xe－=xLi＋鋰銅電池總反應(yīng)：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－正極eq\o(□,\s\up2(27))Cu2O＋H2O＋2e－=2Cu＋2OH－負(fù)極eq\o(□,\s\up2(28))Li－e－=Li＋鋰離子電池總反應(yīng)：Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))LiCoO2＋C6(x＜1)正極eq\o(□,\s\up2(29))Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2負(fù)極eq\o(□,\s\up2(30))LixC6－xe－=xLi＋＋C62.按要求書寫不同“介質(zhì)”下甲醇燃料電池的電極反應(yīng)式(1)酸性介質(zhì)，如H2SO4溶液負(fù)極：eq\o(□,\s\up2(31))CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋。正極：eq\o(□,\s\up2(32))eq\f(3,2)O2＋6e－＋6H＋=3H2O。(2)堿性介質(zhì)，如KOH溶液負(fù)極：eq\o(□,\s\up2(33))CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O。正極：eq\o(□,\s\up2(34))eq\f(3,2)O2＋6e－＋3H2O=6OH－。(3)熔融鹽介質(zhì)，如K2CO3負(fù)極：eq\o(□,\s\up2(35))CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(2－,3)=4CO2↑＋2H2O。正極：eq\o(□,\s\up2(36))eq\f(3,2)O2＋6e－＋3CO2=eq\a\vs4\al(3CO\o\al(2－,3))。(4)摻雜Y2O3的ZrO3固體為電解質(zhì)，在高溫下能傳導(dǎo)O2－負(fù)極：eq\o(□,\s\up2(37))CH3OH－6e－＋3O2－=CO2↑＋2H2O。正極：eq\o(□,\s\up2(38))eq\f(3,2)O2＋6e－=3O2－。eq\a\vs4\al(|歸納)eq\a\vs4\al(——思維升華)eq\a\vs4\al(|)1．燃料電池在不同介質(zhì)中的正極反應(yīng)式(1)O2＋4e－＋4H＋=2H2O(酸作介質(zhì))(2)O2＋4e－＋2H2O=4OH－(堿作介質(zhì))(3)O2＋4e－=2O2－(熔融金屬氧化物作介質(zhì))(4)O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)(熔融碳酸鹽作介質(zhì))2．電極反應(yīng)式的書寫方法(1)拆分法：①寫出原電池的總反應(yīng)，如2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。②把總反應(yīng)按氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)，并注明正、負(fù)極，并依據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒及得失電子守恒配平兩個(gè)半反應(yīng)，正極：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，負(fù)極：Cu－2e－=Cu2＋。(2)加減法：①寫出總反應(yīng)，如Li＋LiMn2O4=Li2Mn2O4。②寫出其中容易寫出的一個(gè)半反應(yīng)(正極或負(fù)極)，如Li－e－=Li＋(負(fù)極)。③利用總反應(yīng)與上述的一極反應(yīng)相減，即得另一個(gè)電極的反應(yīng)式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－=Li2Mn2O4(正極)。3．充電電池的解題技巧eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(以xMg＋Mo3S4\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))MgxMo3S4為例))命題角度二電解原理及應(yīng)用eq\a\vs4\al(|回扣)eq\a\vs4\al(——核心知識(shí))eq\a\vs4\al(|)1．按要求書寫電極反應(yīng)式(1)用惰性電極電解NaCl溶液陽極：eq\o(□,\s\up2(1))2Cl－－2e－=Cl2↑。陰極：eq\o(□,\s\up2(2))2H＋＋2e－=H2↑。(2)用惰性電極電解CuSO4溶液陽極：eq\o(□,\s\up2(3))4OH－－4e－=2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－=O2↑＋4H＋)。陰極：eq\o(□,\s\up2(4))Cu2＋＋2e－=Cu。(3)以鐵為陽極，石墨為陰極，電解NaOH溶液陽極：eq\o(□,\s\up2(5))Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2。陰極：eq\o(□,\s\up2(6))2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(4)用惰性電極電解熔融MgCl2陽極：eq\o(□,\s\up2(7))2Cl－－2e－=Cl2↑。陰極：eq\o(□,\s\up2(8))Mg2＋＋2e－=Mg。2．按要求書寫電極反應(yīng)式(1)以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極反應(yīng)式為eq\o(□,\s\up2(9))2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋。(2)以Al單質(zhì)為陽極，石墨為陰極，NaHCO3溶液作電解液進(jìn)行電解，生成難溶物R，R受熱分解生成化合物Q，寫出陽極生成R的電極反應(yīng)式：eq\o(□,\s\up2(10))Al＋3HCOeq\o\al(－,3)－3e－=Al(OH)3↓＋3CO2↑。(3)離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系。由有機(jī)陽離子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)組成的離子液體作電解液時(shí)，可在鋼制品上電鍍鋁。已知電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽離子不參與電極反應(yīng)，則電極反應(yīng)式為：陽極：eq\o(□,\s\up2(11))Al－3e－＋7AlCleq\o\al(－,4)=4Al2Cleq\o\al(－,7)。3．如圖所示，甲、乙兩試管中各放一枚鐵釘，甲試管中為NH4Cl溶液，乙試管中為NaCl溶液，數(shù)天后導(dǎo)管中觀察到的現(xiàn)象是eq\o(□,\s\up2(12))導(dǎo)管中液面左低右高，甲中正極反應(yīng)為eq\o(□,\s\up2(13))2H＋＋2e－=H2↑，乙中正極反應(yīng)為eq\o(□,\s\up2(14))2H2O＋O2＋4e－=4OH－。試管中殘留氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量的變化為甲eq\o(□,\s\up2(15))減小，乙eq\o(□,\s\up2(16))減小(填“增大”“減小”或“不變”)。eq\a\vs4\al(|歸納)eq\a\vs4\al(——思維升華)eq\a\vs4\al(|)1．構(gòu)建電解池模型，類比分析電解基本原理2．電解池電極反應(yīng)式的書寫1．(2021·福建漳州模擬)鋰亞硫酰氯(Li/SOCl2)電池是實(shí)際應(yīng)用電池系列中比能量最高的一種電池，剖視圖如圖所示，一種非水的LiAlCl4的SOCl2溶液為電解液。亞硫酰氯既是電解質(zhì)，又是正極活性物質(zhì)，其中碳電極區(qū)的電極反應(yīng)式為2SOCl2＋4e－=4Cl－＋S＋SO2↑，該電池工作時(shí)，下列說法錯(cuò)誤的是()A．鋰電極區(qū)發(fā)生的電極反應(yīng)：Li－e－=Li＋B．放電時(shí)發(fā)生的總反應(yīng)：4Li＋2SOCl2=4LiCl＋SO2↑＋SC．鋰電極上的電勢(shì)比碳電極上的低D．若采用水溶液代替SOCl2溶液，電池總反應(yīng)和效率均不變解析：選D負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Li－e－=Li＋，故A正確；電池的總反應(yīng)可表示為4Li＋2SOCl2=4LiCl＋S＋SO2↑，故B正確；鋰為負(fù)極，碳為正極，所以鋰電極上的電勢(shì)比碳電極上的低，故C正確；因?yàn)闃?gòu)成電池的材料Li能和水反應(yīng)，導(dǎo)致電極被消耗，所以必須在無水無氧條件下進(jìn)行，故D錯(cuò)誤。2．(2021·河南鄭州模擬)如圖為一種利用原電池原理設(shè)計(jì)測(cè)定O2含量的氣體傳感器示意圖，RbAg4I5是只能傳導(dǎo)Ag＋的固體電解質(zhì)。O2可以通過聚四氟乙烯膜與AlI3反應(yīng)生成Al2O3和I2，通過電池電位計(jì)的變化可以測(cè)得O2的含量。下列說法正確的是()A．正極反應(yīng)為3O2＋12e—＋4Al3＋=2Al2O3B．傳感器總反應(yīng)為3O2＋4AlI3＋12Ag=2Al2O3＋12AgIC．外電路轉(zhuǎn)移0.01mol電子，消耗O2的體積為0.56LD．給傳感器充電時(shí)，Ag＋向多孔石墨電極移動(dòng)解析：選B原電池正極電極反應(yīng)為I2＋2Ag＋＋2e－=2AgI，故A錯(cuò)誤；傳感器中發(fā)生①4AlI3＋3O2=2Al2O3＋6I2，原電池反應(yīng)②2Ag＋I(xiàn)2=2AgI，①＋3②傳感器總反應(yīng)為3O2＋4AlI3＋12Ag=2Al2O3＋12AgI，故B正確；狀況未知，不能計(jì)算氣體體積，故C錯(cuò)誤；給傳感器充電時(shí)，Ag＋向陰極移動(dòng)，即向Ag電極移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。3．(2021·河北石家莊模擬)新型鎂—鋰雙離子二次電池如圖，下列關(guān)于該電池的說法不正確的是()A．放電時(shí)，Li＋由左向右移動(dòng)B．放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－=LiFePO4C．充電時(shí)，外加電源的正極與Y相連D．充電時(shí)，導(dǎo)線上每通過1mole－，左室溶液質(zhì)量減輕12g解析：選D放電為原電池，原電池中陽離子移向正極，所以Li＋由左向右移動(dòng)，故A正確；放電時(shí)，右邊為正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－=LiFePO4，故B正確；充電時(shí)，外加電源的正極與陽極相連，所以外加電源的正極與Y相連，故C正確；充電時(shí)，導(dǎo)線上每通過1mole－，左室得電子發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為Mg2＋＋2e－=Mg，但右側(cè)將有1molLi＋移向左室，所以溶液質(zhì)量減輕12－7＝5g，故D錯(cuò)誤。4．(2021·山東青島模擬)水系鋅離子電池是一種新型二次電池，工作原理如圖。該電池以粉末多孔鋅電極(鋅粉、活性炭及粘結(jié)劑等)為負(fù)極，V2O5為正極，三氟甲磺酸鋅[Zn(CF3SO3)2]為電解液。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，Zn2＋向V2O5電極移動(dòng)B．充電時(shí)，陽極區(qū)電解液的濃度變大C．充電時(shí)，粉末多孔鋅電極發(fā)生還原反應(yīng)D．放電時(shí)，V2O5電極上的電極反應(yīng)式為V2O5＋xZn2＋＋2xe－=ZnxV2O5解析：選B放電時(shí)，陽離子向正極移動(dòng)，所以Zn2＋向V2O5電極移動(dòng)，故A正確；充電時(shí)，陽極區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅離子通過陽離子交換膜向左移動(dòng)，所以陽極區(qū)電解液的濃度變小，故B錯(cuò)誤；充電時(shí)，粉末多孔鋅電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，故C正確；放電時(shí)，V2O5電極上的電極反應(yīng)式為V2O5＋xZn2＋＋2xe－=ZnxV2O5，故D正確。5．(2021·湖北十堰模擬)空氣污染物NO通常用含Ce4＋的溶液吸收，生成HNO2、NOeq\o\al(－,3)，再利用電解法將上述吸收液中的HNO2轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，同時(shí)生成Ce4＋，其原理如圖所示。下列說法正確的是()A．H＋由右室進(jìn)入左室B．Ce4＋從電解槽的c口流出，且可循環(huán)使用C．陰極的電極反應(yīng)式：2HNO2＋6H＋＋6e－=N2↑＋4H2OD．若用甲烷燃料電池作為電源，當(dāng)消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下33.6L甲烷時(shí)，理論上可轉(zhuǎn)化2molHNO2解析：選C根據(jù)電解原理，H＋由左室向右室移動(dòng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；空氣污染物一氧化氮通常用含有Ce4＋的溶液吸收，生成HNO2、NOeq\o\al(－,3)，N的化合價(jià)升高，Ce4＋的化合價(jià)降低，然后對(duì)此溶液進(jìn)行電解，又產(chǎn)生Ce4＋，根據(jù)電解原理，應(yīng)在陽極上產(chǎn)生，即Ce4＋從a口出，可循環(huán)使用，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)電解原理，陰極上得電子，化合價(jià)降低，HNO2轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，即轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓帢O電極反應(yīng)式為2HNO2＋6H＋＋6e－=N2↑＋4H2O，故C項(xiàng)正確；33.6L甲烷參與反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為33.6×eq\f(8,22.4)mol＝12mol，理論上可轉(zhuǎn)化HNO2的物質(zhì)的量為12×eq\f(2,6)mol＝4mol，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。6．(2021·湖北武漢模擬)某鎳冶煉車間排放的漂洗廢水中含有一定濃度的Ni2＋和Cl－，圖甲是雙膜三室電沉積法回收廢水中的Ni2＋的示意圖，圖乙描述的是實(shí)驗(yàn)中陰極液pH值與鎳回收率之間的關(guān)系。下列說法不正確的是()A．交換膜a為陽離子交換膜B．陽極反應(yīng)式為2H2O－4e－