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高中化學(xué)第一輪總復(fù)習(xí) 第9章 第29講 化學(xué)電源課件 新課標(biāo)(湖南專版)

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1、考點考點1 二次電池的原理與特點二次電池的原理與特點 可充電電池是高考常考知識點,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。二次電池充電時是電解池,放電時是原電池。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充電時陽極反應(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放電時負極附近溶液的堿性不變D放電時電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動放電充電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。由充電時方程式中的Cd和Ni的化合價的變化可知,充電時Ni(OH)2作陽極,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,Cd作負極,Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,Cd周圍的c(OH-)下降,OH-向負極移動??键c考點2 燃料電池的原理與特點燃料電池的原理與特點 1燃料

3、電池的特點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而設(shè)計和電池。它具有高效無污染的特點正成為新能源研究的重點。燃料電池的工作原理具有如下特點:(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,將很容易書寫負極反應(yīng)式。例例2(2011淮陰中學(xué)學(xué)情檢測淮陰中學(xué)學(xué)情檢測)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極為電池的負極B電池工作時電流由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,1 mol二甲醚被氧化時就有6 mol電子轉(zhuǎn)移D 【

5、解析】 由電池總反應(yīng)式可知:二甲醚發(fā)生氧化反應(yīng),為負極反應(yīng)物,氧氣發(fā)生還原反應(yīng),為正極反應(yīng)物,所以a為負極,b為正極;工作時,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 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,1 mol二甲醚被氧化時就有12 mol電子轉(zhuǎn)移。考點考點3 原電池的原電池的pH變化變化1在原電池工作時,由于負極金屬失去電子進入電解質(zhì)溶液,正極附近的陽離子得到電子從溶液中析出,可能會引起溶液pH的變化。(1)當(dāng)負極產(chǎn)生的金屬離子結(jié)合溶液中的OH-

6、時,電極附近的溶液pH降低。當(dāng)正極O2得電子時結(jié)合溶液中的水時,生成OH-使溶液中的pH增大。(2)電池工作時整個溶液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,溶液pH增大,當(dāng)電解質(zhì)溶液中堿被消耗時,溶液pH減小。例例3 可用于電動汽車的鋁-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,正極反應(yīng)都為O2+2H2O+4e-=4OH-B以NaOH溶液為電解質(zhì)時,負極反應(yīng)為:Al+3OH-3e-=Al(OH)3C以NaOH溶液為電解質(zhì)時,電池在工作過程中電解質(zhì)的pH保持不變D電池工作時,

7、電子通過外電路從正極流向負極A為:Al+4OH-3e-= +2H2O,B錯;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;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;鋁作負極,負極反應(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,因此負極反應(yīng)時,電子從負極出來經(jīng)過外電路流到正極,D錯。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

8、電池的正極,再根據(jù)正、負極反應(yīng)規(guī)律寫電極反應(yīng)式。(2)根據(jù)化合價變化數(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)全國卷新課標(biāo)全國卷)鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池,放電時的總反應(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,負極為FeB電池放電時,負極反應(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

9、池充電時,陽極反應(yīng)為2Ni(OH)2+2OH-2e-=Ni2O3+3H2OC 【解析】 解答本題時應(yīng)注意電池放電時為原電池,失去電子的為負極反應(yīng);充電時為電解池,失去電子的為陽極反應(yīng)。選項具體分析結(jié)論A可充電電池中活潑金屬失去電子,為負極,得到電子的Ni2O3為正極,因為放電時電極產(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,負極鐵失去2個電子,生成Fe2+,因為電解液為堿性溶液,所以電極反應(yīng)為:Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2正確C充電時,陰極發(fā)生還原反應(yīng):Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-,所以電極附近pH增大錯誤D電池充電時,陽極發(fā)生氧化反應(yīng),由Ni(OH)2轉(zhuǎn)化為Ni

10、2O3,反應(yīng)方程式為:2Ni(OH)2+2OH-2e-=Ni2O3+3H2O正確2.(2011海南卷海南卷)一種充電電池放電時的電極反應(yīng)為:H2+2OH-2e-=2H2O,NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-,當(dāng)為電池充電時,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。可充電電池在充電時,實際上起一個電解池的作用,與外電源正極連接的電極是陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),與放電時的正極反應(yīng)相反,可知Ni(OH)2在反

11、應(yīng)中失電子被氧化,發(fā)生氧化反應(yīng)。放電充電3.(2010江蘇卷江蘇卷)下圖是一種航天器能量儲存系統(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中負極的電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-=4OH-C裝置X能實現(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)能實現(xiàn)物質(zhì)的零排放,并能實現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化3.(2010江蘇卷江蘇卷)下圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是( )C 【解析】 本題主要考查的是電化學(xué)知識。A項,在該裝置系統(tǒng)中,有四種能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系,即太陽能、電能、化學(xué)能和機械能之間的相互轉(zhuǎn)化;B項,裝置Y為氫氧燃料電池,負極電極

12、反應(yīng)為H2-2e-+2OH-=2H2O;C項,相當(dāng)于用光能電解水,產(chǎn)生H2和O2,實現(xiàn)燃料(H2)和氧化劑(O2)的再生;D項,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。A閉合K時,鈉離子從右到左通過離子交換膜B閉合K時,負極反應(yīng)為3NaBr-2e-=NaBr3+2Na+4.(2012湖南師大附中高三月考湖南師大附中高三月考)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,X極附近溶液

13、先變紅色。下列說法正確的是( )放電充電4.(2012湖南師大附中高三月考湖南師大附中高三月考)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,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,X電極的電極反應(yīng)式為2Cl-2e-=Cl2D閉合K時,當(dāng)有0.1 mol Na+通過離子交換膜,X電極上析出標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體1.12 LC5.一種燃料電池中發(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。該電池負極發(fā)生的反應(yīng)是(

14、 )ACH3OH(l)+O2(g)=H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-BO2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O(l)CCH3OH(l)+H2O(l)=CO2(g)+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,化合價升高的元素為甲醇中的C元素,所以在負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.(2011長沙市一中高三月考長沙市一中高三月考)固體氧化物燃料電池(SOFC)以固體氧化物

15、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-=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.(2011安徽省省級示范高中聯(lián)考安徽省省級示范高中聯(lián)考)目前市場上主流手機所配的電池基本上都是鋰離子電池。它的負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+的有機導(dǎo)體或高分子材料。這種鋰離子電池的電池反應(yīng)式

16、為:0.45Li+Li0.55CoO2 LiCoO2下列說法不正確的是( )放電充電A放電時電池內(nèi)部Li+向負極移動B該電池不能選用水做溶劑的電解質(zhì)C放電時,正極的電極反應(yīng)式:0.45Li+Li0.55CoO2+0.45e-=LiCoO2D充電時,外接電源的正極與電池上標(biāo)注“+”的電極連接A 【解析】 該電池的負極反應(yīng):0.45Li-0.45e-=0.45Li+,用電池總反應(yīng)減去負極反應(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,內(nèi)部Li+由負極移向正極A說法錯誤;充電時電池正極將發(fā)生氧化反應(yīng),所以電池“+”與電源正極相連,D說法正確。

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