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专题课时4新型化学电源新型化学电源是高考中每年必考的知识点，随着全球能源逐渐枯竭，研发、推广新型能源迫在眉睫，因此，化学中的新型电源，成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。高考中的新型化学电源，有“氢镍电池”、“高铁电池”、“锌锰碱性电池”、“海洋电池”、“燃料电池”、“锂离子电池”、“银锌电池”、“纽扣电池”等，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。由于该类试题题材广、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。虽然该类试题题材新颖，但应用的解题原理还是原电池的知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。[题型说明]微题型一新型燃料电池的分析与判断【示例1】(2015·江苏化学，10)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是()[题型示例]A.反应CH4＋H2O=====催化剂△3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子B.电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2OC.电池工作时，CO2－3向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3思维提示A项，C－4H4→C＋2O，则该反应中每消耗1molCH4转移6mol电子，错误；该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为：H2－2e－＋CO2－3===CO2＋H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为：O2＋4e－＋CO2===2CO2－3，正确。答案D【方法指导】理顺书写燃料电池电极反应式的三大步骤1.先写出燃料电池总反应式虽然可燃性物质与氧气在不同的燃料电池中电极反应不同，但其总反应方程式一般都是可燃物在氧气中的燃烧反应方程式。由于涉及电解质溶液，所以燃烧产物还可能要与电解质溶液反应，然后再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式相加，从而得到总反应方程式。2.再写出燃料电池正极的电极反应式由于燃料电池正极都是O2得到电子发生还原反应，基础反应式为O2＋4e－===2O2－，由于电解质的状态和电解质溶液的酸碱性不同电池正极的电极反应也不相同。电解质为固体时，该固体电解质在高温下可允许O2－在其间自由通过，此时O2－不与任何离子结合，正极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－电解质为熔融的碳酸盐时，正极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3。当电解质为中性或碱性环境时，正极的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－；当电解质为酸性环境时，正极的电极反应式为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。3.最后写出燃料电池负极的电极反应式由于原电池是将氧化还原反应中的氧化反应和还原反应分开在两极(负、正两极)上发生，故燃料电池负极的电极反应式＝燃料电池总反应式－燃料电池正极的电极反应式。在利用此法写出燃料电池负极的电极反应式时一要注意消去总反应和正极反应中的O2，二要注意两极反应式和总反应式电子转移相同。1.(2015·西安八校联考)甲醇燃料电池被认为是21世纪电动汽车的最佳候选动力源，其工作原理如图所示。下列有关叙述正确的是()[题型精练]A.通氧气的一极为负极B.H＋从正极区通过交换膜移向负极区C.通甲醇的一极的电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋D.甲醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极解析通氧气的一极发生还原反应，为正极，A项错误；H＋从负极区通过交换膜移向正极区，B项错误；通甲醇的一极为负极，发生氧化反应：CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋，C项正确；甲醇在负极上发生反应，电子由负极经外电路流向正极，D项错误。答案C2.一种利用菌种生成的硫化物作为介质的微生物燃料电池，电池内部有质子通过，该系统不经任何维护可连续运行5年。该电池的负极反应式为S2－＋4H2O－8e－===SO2－4＋8H＋。有关该电池的下列说法中正确的是()A.若有1.12L氧气参与反应，则有0.2mol电子发生转移B.质子由正极移向负极C.该电池的总反应为S2－＋2O2===SO2－4D.正极的电极反应式为2O2＋8e－＋4H2O===8OH－解析A项没有注明标准状况，错误；质子应由负极移向正极，B错误；正极的电极反应式为2O2＋8H＋＋8e－===4H2O，D错误。答案C3.氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，下图是供氨水式燃料电池工作原理：(1)氨气燃料电池的电解质溶液最好选择________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)溶液。(2)空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是____________________________________________________。(3)氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水，该电池的电极总反应是________________，正极的电极反应式是___________________________________________。解析氨气为碱性气体，会与CO2反应，由此可回答(1)(2)问。由信息和所含元素可知无毒气体是氮气，在燃料电池中，燃料为负极，氧气为正极，根据碱性环境可知，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。答案(1)碱性(2)CO2(3)4NH3＋3O2===2N2＋6H2O3O2＋12e－＋6H2O===12OH－(或O2＋4e－＋2H2O===4OH－)【题型模板】微题型二可充电电池[题型示例]【示例2】(2014·天津理综，6)已知：锂离子电池的总反应为：LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2锂硫电池的总反应为：2Li＋SLi2S有关上述两种电池说法正确的是()A.锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移B.锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C.理论上两种电池的比能量相同D.如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电思维提示A项，在原电池内部，阳离子应移向正极；二次电池充电过程为电解的过程，阴极发生还原反应，B项正确；C项，比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能，当二者质量相同时，转移电子的物质的量不相等，即比能量不同；D项，左边装置已经是放完电的电池，应为锂硫电池给锂离子电池充电。答案B【方法归纳】可充电电池电极反应式的书写技巧书写可充电电池电极反应式时，一般都是先书写放电的电极反应式。书写放电时的电极反应式时，一般要遵守三个步骤：第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，找出参与负极和正极反应的物质；第二，写出一个比较简单的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液反应)；第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。根据正确书写的电极反应式，可顺利判断各电极周围溶液pH的变化。1.(2015·昆明二模)利用碳纳米管能够吸附氢气，设计一种新型二次电池，其装置如图所示。关于该电池的叙述不正确的是()[题型精练]A.电池放电时K＋移向正极B.电池放电时负极反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2OC.电池充电时镍电极上NiOOH转化为Ni(OH)2D.电池充电时碳纳米管电极与电源的负极相连解析本题考查二次电池的反应原理，意在考查考生对原电池原理和电解原理的理解和综合应用能力。原电池放电时，阳离子向正极移动，A项正确；该电池中H2在负极上失电子，发生氧化反应，因电解质溶液为碱性溶液，故OH－参与反应，B项正确；放电时，正极(镍电极)上发生化合价降低的还原反应，即由NiOOH转化为Ni(OH)2，充电时正好相反，由Ni(OH)2转化为NiOOH，C项错误；充电时，该新型二次电池在外加电流的作用下，碳纳米管电极上发生还原反应，故碳纳米管电极作阴极，与电源负极相连，D项正确。答案C2.Li－SO2电池具有输出功率高和低温性能好等特点。其电解质是LiBr，溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈，电池反应为Li2S2O42Li＋2SO2，下列说法正确的是()A.充电时是电解池，放电时是原电池B.充电时，正极反应式：Li－e－===Li＋C.充电时阳离子向阴极移动，放电时阳离子向负极移动D.充电时，每有0.1mol电子转移，有2.24LSO2生成解析充电时是电解池，是将电能转化为化学能，放电时是原电池，是将化学能转化为电能，A项正确；放电时，负极反应式为：Li－e－===Li＋，B项错误；充电时，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项错误；没有给出气体所处的状态，无法计算出SO2的体积，D项错误。A3.(选做)(2015·宁波十校联考)水系锂电池具有安全、环保和价格低廉等优点。以钒酸钠(NaV3O8)为正极材料的电极反应式为NaV3O8＋xLi＋＋xe－===NaLixV3O8，该电池示意图如图所示。下列说法不正确的是()A.放电时，负极的电极反应式：Li－e－===Li＋B.充电过程中Li＋从阳极向阴极迁移C.充电过程中阳极的电极反应式为NaLixV3O8－xe－===NaV3O8＋xLi＋，NaLixV3O8中钒的化合价发生变化D.该电池可以用硫酸钠溶液作电解质溶液解析放电时是原电池，电池的负极发生氧化反应，A正确；充电时是电解池，充电过程中阳离子从阳极向阴极迁移，B正确；充电过程中阳极发生氧化反应，C正确；锂能与水反应，该电池不能用硫酸钠溶液作电解质溶液，D错误。答案D【思维模型】微题型三其他新型、高效环保电池【示例3】(2015·课标全国Ⅰ，11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()[题型示例]A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O思维提示由题意可知，微生物电池的原理是在微生物作用下O2与C6H12O6发生氧化还原反应，将化学能转化为电能，B正确；氧气在正极反应，由于质子交换膜只允许H＋通过，则正极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，没有CO2生成，A项错误；负极发生反应：C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，H＋在负极区生成，移向正极区，在正极被消耗，C项正确；总反应为：C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，D项正确。答案A1.热电池是一种可长期储备电能的电池，高氯酸钾广泛用于热电池。铁和高氯酸钾反应提供的能量使盐熔化导电，从而激活电池。铁和高氯酸钾的热电池反应为KClO4(s)＋4Fe(s)===KCl(s)＋4FeO(s)ΔH。下列说法正确的是()[题型精练]A.ΔH＜0且参与反应的高氯酸钾越多，其值越小B.在该热电池中，铁为负极，发生还原反应C.正极反应式为KClO4(s)＋8e－===KCl(s)＋4O2－(l)D.生成1molFeO时转移8mol电子解析该反应为放热反应，故ΔH＜0，对于一个固定的化学反应方程式，其ΔH与反应物的多少无关，A项错误；铁元素的化合价升高，在反应中发生氧化反应，作负极，B项错误；KClO4中氯元素化合价降低，在正极发生还原反应，故正极反应式为KClO4(s)＋8e－===KCl(s)＋4O2－(l)，C项正确；铁元素的化合价由0价升高到＋2价，故生成1molFeO时转移2mol电子，D项错误。答案C2.(2015·太原模拟)锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置(如图所示)，电解液为溴化锌水溶液，其在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法不正确的是()A.放电时负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋B.充电时电极a连接电源的负极C.阳离子交换膜可阻止Br2与Zn直接发生反应D.放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大解析本题考查了电化学知识，意在考查考生的识图能力和分析判断能力。由题知电解液为溴化锌水溶液