高中化學(xué)一輪總復(fù)習(xí) 第9章 第29講 化學(xué)電源課件 新人教版

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1、考點(diǎn)考點(diǎn)1 二次電池的原理與特點(diǎn)二次電池的原理與特點(diǎn) 可充電電池是高考常考知識(shí)點(diǎn)，二次電池首先需要判斷什么情況下是原電池，什么情況下是電解池。二次電池充電時(shí)是電解池，放電時(shí)是原電池。充電和放電是在兩種不同的條件下發(fā)生的，充電是在外接電源條件下發(fā)生的非自發(fā)氧化還原反應(yīng)，放電是在無外接電源條件下發(fā)生的自發(fā)氧化還原反應(yīng)。例例1 鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行：Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2，有關(guān)該電池的說法正確的是()A充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)：Ni(OH)2-e-+OH-=NiOOH+H2OB充

2、電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程C放電時(shí)負(fù)極附近溶液的堿性不變D放電時(shí)電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動(dòng)放電充電D 【解析】 本題是考查常見的鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池的工作原理。由充電時(shí)方程式中的Cd和Ni的化合價(jià)的變化可知，充電時(shí)Ni(OH)2作陽(yáng)極，電解質(zhì)溶液為KOH，所以電極反應(yīng)式為：Ni(OH)2-e-+OH-=NiOOH+H2O；Cd(OH)2作陰極，Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-；充電的過程是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)，Cd作負(fù)極，Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，Cd周圍的c(OH-)下降，OH-向負(fù)極移動(dòng)?？键c(diǎn)考點(diǎn)2 燃料電池的原理與特點(diǎn)燃料電池的原理與特點(diǎn) 1燃料

3、電池的特點(diǎn)燃料電池是利用燃燒反應(yīng)或與之類似的反應(yīng)具有能量變化大的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)和電池。它具有高效無污染的特點(diǎn)正成為新能源研究的重點(diǎn)。燃料電池的工作原理具有如下特點(diǎn)：(1)兩電極可能相同，電極不參加反應(yīng)。電極的作用是催化轉(zhuǎn)換，作用很關(guān)鍵，原理很復(fù)雜。(2)氧氣等氧化劑總是在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。(3)燃料電池的電解質(zhì)可能是酸性、堿性和熔融的鹽或氧化物。(4)燃料電池總反應(yīng)式的條件都不能寫“點(diǎn)燃”，通常條件不寫。2有氧氣參加的燃料電池正極反應(yīng)式的書寫(1)酸性條件(如硫酸)O2+4H+4e-=2H2O。(2)堿性條件(如KOH溶液)O2+2H2O+4e-=4OH-。(3

4、)熔融的鹽(如K2CO3并在通O2的一極通CO2)O2+CO2+4e-=CO(4)熔融的氧化物(有O2-遷移)O2+4e-=2O2-若已知燃料電池總反應(yīng)和正極反應(yīng)式，將很容易書寫負(fù)極反應(yīng)式。例例2 日本茨城大學(xué)研制了一種新型的質(zhì)子交換膜二甲醚燃料電池(DDFC)，該電池有較高的安全性。電池總反應(yīng)為：CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O，電池示意如圖，下列說法不正確的是()Aa極為電池的負(fù)極B電池工作時(shí)電流由b極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡再到a極C電池正極的電極反應(yīng)為：4H+O2+4e-=2H2OD電池工作時(shí)，1 mol二甲醚被氧化時(shí)就有6 mol電子轉(zhuǎn)移D 【解析】 由電池總反應(yīng)式可知：二甲醚發(fā)生氧化

5、反應(yīng)，為負(fù)極反應(yīng)物，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，為正極反應(yīng)物，所以a為負(fù)極，b為正極；工作時(shí)，電子由a極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡再到b極，電流由b極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡 再 到 a 極 ； 負(fù) 極 反 應(yīng) 為 ： C H3O C H3- 1 2 e-+3H2O=2CO2+12H+，正極反應(yīng)為：4H+O2+4e-=2H2O；電池工作時(shí)，1 mol二甲醚被氧化時(shí)就有12 mol電子轉(zhuǎn)移。考點(diǎn)考點(diǎn)3 原電池的原電池的pH變化變化1在原電池工作時(shí)，由于負(fù)極金屬失去電子進(jìn)入電解質(zhì)溶液，正極附近的陽(yáng)離子得到電子從溶液中析出，可能會(huì)引起溶液pH的變化。(1)當(dāng)負(fù)極產(chǎn)生的金屬離子結(jié)合溶液中的OH-時(shí)，電極附近的溶液pH降低。當(dāng)正極O2得電

6、子時(shí)結(jié)合溶液中的水時(shí)，生成OH-使溶液中的pH增大。(2)電池工作時(shí)整個(gè)溶液pH的變化必須從總反應(yīng)式來分析。當(dāng)電解液中酸被消耗時(shí)，溶液pH增大，當(dāng)電解質(zhì)溶液中堿被消耗時(shí)，溶液pH減小。例例3 可用于電動(dòng)汽車的鋁-空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解質(zhì)，鋁合金為負(fù)極，空氣電極為正極。下列說法正確的是()A以NaCl溶液或NaOH溶液為電解質(zhì)時(shí)，正極反應(yīng)都為O2+2H2O+4e-=4OH-B以NaOH溶液為電解質(zhì)時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Al+3OH-3e-=Al(OH)3C以NaOH溶液為電解質(zhì)時(shí)，電池在工作過程中電解質(zhì)的pH保持不變D電池工作時(shí)，電子通過外電路從正極流向負(fù)極A為：Al+4

7、OH-3e-= +2H2O，B錯(cuò)；該電池在堿性條件下消耗了堿，反應(yīng)式為4Al+3O2+4OH-=4 +2H2O，溶液pH降低，C錯(cuò)；電池工作 【解析】 以考查電極反應(yīng)式的正誤判斷和書寫的形式出現(xiàn)，屬于中等難度。電解質(zhì)溶液顯堿性或4e-=4OH-，A對(duì)；鋁作負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)應(yīng)該是鋁失去電子變?yōu)殇X離子，在氫氧化鈉的溶液中鋁離子繼續(xù)與過量的堿反應(yīng)生成偏鋁酸根，因此負(fù)極反應(yīng)時(shí)，電子從負(fù)極出來經(jīng)過外電路流到正極，D錯(cuò)。中性，該燃料電極的正極發(fā)生反應(yīng)為：O2+2H2O+-2AlO2AlO原電池及化學(xué)電源電極反應(yīng)式書寫的方法思路：(1)若題目給出的是圖示裝置，先分析原電池的正極，再根據(jù)正、負(fù)極反應(yīng)規(guī)律寫電極反

8、應(yīng)式。(2)根據(jù)化合價(jià)變化數(shù)寫出兩極的電子得失守恒式。(3)最后根據(jù)電極附近的環(huán)境添加相應(yīng)物質(zhì)配平反應(yīng)式，也可以利用總反應(yīng)式減去一個(gè)電極反應(yīng)式得另一電極反應(yīng)式。注意：電極反應(yīng)式均為離子方程式，注意物質(zhì)是否能拆為離子形式。1.(2011新課標(biāo)全國(guó)卷新課標(biāo)全國(guó)卷)鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為：Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有關(guān)該電池的說法不正確的是( )A電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3，負(fù)極為FeB電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2C電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低D電池充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為2Ni(OH)2+2O

9、H-2e-=Ni2O3+3H2OC 【解析】 解答本題時(shí)應(yīng)注意電池放電時(shí)為原電池，失去電子的為負(fù)極反應(yīng)；充電時(shí)為電解池，失去電子的為陽(yáng)極反應(yīng)。選項(xiàng)具體分析結(jié)論A可充電電池中活潑金屬失去電子，為負(fù)極，得到電子的Ni2O3為正極，因?yàn)榉烹姇r(shí)電極產(chǎn)物為氫氧化物，可以判斷電解液為堿性溶液。正確B放電時(shí)，負(fù)極鐵失去2個(gè)電子，生成Fe2+，因?yàn)殡娊庖簽閴A性溶液，所以電極反應(yīng)為：Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2正確C充電時(shí)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)：Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-，所以電極附近pH增大錯(cuò)誤D電池充電時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，由Ni(OH)2轉(zhuǎn)化為Ni2O3，反應(yīng)方程式為：2Ni(OH)2+2

10、OH-2e-=Ni2O3+3H2O正確2.(2011海南卷海南卷)一種充電電池放電時(shí)的電極反應(yīng)為：H2+2OH-2e-=2H2O，NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-，當(dāng)為電池充電時(shí)，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應(yīng)是( ) AH2O的還原 BNiO(OH)的還原 CH2的氧化 DNi(OH)2的氧化D 【 解 析 】 由 題 意 知 ， 電 池 總 反 應(yīng) 為H2+2NiO(OH) Ni(OH)2?？沙潆婋姵卦诔潆姇r(shí)，實(shí)際上起一個(gè)電解池的作用，與外電源正極連接的電極是陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，與放電時(shí)的正極反應(yīng)相反，可知Ni(OH)2在反應(yīng)中失電子被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。放電充電3

11、. 下圖是一種航天器能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是( )A該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化B裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-=4OH-C裝置X能實(shí)現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生D裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化C3. 下圖是一種航天器能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是( ) 【解析】 本題主要考查的是電化學(xué)知識(shí)。A項(xiàng)，在該裝置系統(tǒng)中，有四種能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，即太陽(yáng)能、電能、化學(xué)能和機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化；B項(xiàng)，裝置Y為氫氧燃料電池，負(fù)極電極反應(yīng)為H2-2e-+2OH-=2H2O；C項(xiàng)，相當(dāng)于用光能電解水，產(chǎn)生H2和O2，實(shí)現(xiàn)

12、燃料(H2)和氧化劑(O2)的再生；D項(xiàng)，在反應(yīng)過程中，有能量的損耗和熱效應(yīng)的產(chǎn)生，不可能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能的完全轉(zhuǎn)化。綜上分析可知，本題選C項(xiàng)。A閉合K時(shí)，鈉離子從右到左通過離子交換膜B閉合K時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為3NaBr-2e-=NaBr3+2Na+4. 下圖裝置()是一種可充電電池的示意圖，裝置()為電解池的示意圖。裝置()的離子交換膜只允許Na+通過。已知充、放電的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2Na2S2+NaBr3 Na2S4+3NaBr，當(dāng)閉合開關(guān)K時(shí)，X極附近溶液先變紅色。下列說法正確的是( )放電充電C閉合K時(shí)，X電極的電極反應(yīng)式為2Cl-2e-=Cl2D閉合K時(shí)，當(dāng)有0.1 mol Na+通過

13、離子交換膜，X電極上析出標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體1.12 LC4. 下圖裝置()是一種可充電電池的示意圖，裝置()為電解池的示意圖。裝置()的離子交換膜只允許Na+通過。已知充、放電的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2Na2S2+NaBr3 Na2S4+3NaBr，當(dāng)閉合開關(guān)K時(shí)，X極附近溶液先變紅色。下列說法正確的是( )放電充電5.一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是( )ACH3OH(l)+O2(g)=H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-BO2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O(l)CCH3OH(l)+H2O(l)=CO2(g)+

14、6H+(aq)+6e-DO2(g)+2H2O(l)+4e-=4OH-C【解析】 甲醇與氧氣反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)方程式為：2CH3OH+3O22CO2+4H2O，化合價(jià)升高的元素為甲醇中的C元素，所以在負(fù)極上甲醇失去電子而放電，在該極上的電極反應(yīng)式為：CH3OH(l)+H2O(l)=CO2(g)+6H+(aq)+6e-。6. 固體氧化物燃料電池(SOFC)以固體氧化物作為電解質(zhì)。其工作原理如下圖所示，下列關(guān)于固體燃料電池的有關(guān)說法正確的是( )A電極b為電池負(fù)極，電極反應(yīng)式為O2+4e-=4O2-B固體氧化物的作用是讓電子在電池內(nèi)通過C若H2作為燃料氣，則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為H2+2OH-4e-=

15、2H+H2OD若C2H4作為燃料氣，則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為C2H4+6O2-12e-=2CO2+2H2OD7. 目前市場(chǎng)上主流手機(jī)所配的電池基本上都是鋰離子電池。它的負(fù)極材料是金屬鋰和碳的復(fù)合材料，組成為C6Li，其中碳作為金屬鋰的載體，電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li+的有機(jī)導(dǎo)體或高分子材料。這種鋰離子電池的電池反應(yīng)式為：0.45Li+Li0.55CoO2 LiCoO2下列說法不正確的是( )放電充電A放電時(shí)電池內(nèi)部Li+向負(fù)極移動(dòng)B該電池不能選用水做溶劑的電解質(zhì)C放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式：0.45Li+Li0.55CoO2+0.45e-=LiCoO2D充電時(shí)，外接電源的正極與電池上標(biāo)注“+”的電極連接A 【解析】 該電池的負(fù)極反應(yīng)：0.45Li-0.45e-=0.45Li+，用電池總反應(yīng)減去負(fù)極反應(yīng)，可以得電池的正極反應(yīng)為：0.45Li+Li0.55CoO2+0.45e-=LiCoO2，C說法正確；由于電池負(fù)極是鋰單質(zhì)，所以不能用含水的電解質(zhì)，B說法正確；電池放電時(shí)，內(nèi)部Li+由負(fù)極移向正極A說法錯(cuò)誤；充電時(shí)電池正極將發(fā)生氧化反應(yīng)，所以電池“+”與電源正極相連，D說法正確。