第4部分 专题6 第34讲 新型化学电源的分类突破(能力课)(教参)-【名师导航】2024年高考化学一轮总复习(新教材新高考)苏教版

第34讲　新型化学电源的分类突破(能力课) 　1.了解新型燃料电池和二次电池的电极判断、电极反应、电子和离子的移动方向等。　2.了解协同电池和浓度差电池的原理及有关反应式书写等。 　新型燃料电池与二次电池 1．新型燃料电池——微生物燃料电池 微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(一般为氧气)在正极得到电子被还原再与质子结合成水。 [示例]　微生物燃料电池(MFC)为可再生能源的开发和难降解废物的处理提供了一条新途径。电池工作示意图如图所示(假设有机物为乙酸盐)。 ①a极为负极：CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋ ②b极为正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O ③总反应为CH3COO－＋2O2＋H＋===2CO2↑＋2H2O 2．新型二次电池 [示例]　如图是一种最新研制的聚合物锂电池，a极为含有Li、Co、Ni、Mn、O等元素组成的混盐，电解质为一种能传导Li＋的高分子复合材料，b极为镶嵌金属锂的石墨烯材料，反应原理为LixC6＋Li3－xNiCoMnO6C6＋Li3NiCoMnO6。 ①放电 b为负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6； a为正极：Li3－xNiCoMnO6＋xe－＋xLi＋===Li3NiCoMnO6。 ②充电 b为阴极：xLi＋＋C6＋xe－===LixC6， a为阳极：Li3NiCoMnO6－xe－===Li3－xNiCoMnO6＋xLi＋。 1．一种新型微生物燃料电池(如图所示)可以将废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好型物质，同时还能得到有价值的化学产品。当电池工作时，下列说法正确的是(　　) A．M极电势高于N极电势 B．电池工作一段时间后，正极区溶液的pH减小 C．M极的电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋ D．理论上，当有90 g H2N(CH2)2NH2参加反应时，得到4 mol Cr3＋ C　[由装置图可知，N极上发生还原反应，则N极为正极，M极为负极，故N极电势高于M极电势，A项错误；正极反应式为Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O，当转移6 mol电子时，有6 mol H＋通过质子交换膜从负极区进入正极区，但正极区反应消耗14 mol H＋，故正极区H＋浓度降低，即pH增大，B项错误；M极是负极，H2N(CH2)2NH2发生氧化反应，电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，C项正确；90 g H2N(CH2)2NH2的物质的量为1.5 mol，根据转移电子数相等可得关系式：3H2N(CH2)2NH2～48e－～16Cr3＋，故理论上应得到8 mol Cr3＋，D项错误。] 2．钠-硫电池作为一种新型化学电源，具有体积小、容量大、寿命长、效率高等重要优点，其结构与工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．β-Al2O3作用为隔膜，只允许阳离子通过 B．放电过程中，B极的电极反应式：xS＋2e－＋2Na＋===Na2Sx C．线路Ⅱ是充电过程中粒子移动的方向 D．充电过程中，外电路中流过0.01 mol 电子，负极材料增重0.23 g A　[由图可知，β-Al2O3不是隔膜，是固体电解质，起导电作用，A错误；放电过程中，B极作正极得电子，电极反应式为xS＋2e－＋2Na＋===Na2Sx，B正确；充电过程中，Na＋移向阴极，即线路Ⅱ是充电过程中粒子移动的方向，C正确；充电过程中，外电路中流过0.01 mol电子，有0.01 mol钠离子转化成钠单质，所以负极材料增重0.23 g，D正确。] 3．某研究团队研究PTO和PTO-2H之间的可逆转化；二氧化锰在石墨毡上可逆的沉积和溶解，储存、释放电解液中的水合氢离子；设计出能在－70 ℃工作的电池，该电池放电时的总反应为PTO-2H＋MnO2＋2H3O＋===PTO＋Mn2＋＋4H2O。下列说法错误的是(　　) A．放电时，负极反应为PTO-2H－2e－＋2H2O===PTO＋2H3O＋ B．放电时，H3O＋移向b电极 C．充电时，阳极反应为Mn2＋－2e－＋6H2O===MnO2＋4H3O＋ D．充电时，电路中通过1 mol e－，阳极附近电解质溶液质量减少19 g D　[根据放电时总反应，PTO-2H发生氧化反应，则放电时a电极为负极，电极反应为PTO-2H－2e－＋2H2O===PTO＋2H3O＋，A项正确；放电时，H3O＋移向正极(b电