第四章 学科素养微专题(七)　新型化学电源-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

学科素养微专题(七)　新型化学电源 一、新型电源的考查角度 1．充、放电时电极的判断 (1)放电时：可根据电子、电流或电解质中离子的流向，物质的化合价变化等判断原电池的正负极。 (2)充电时：阳极与外接电源的正极相连，阴极与外接电源的负极相连。 2．充、放电时电极反应式的书写 (1)放电时 ①首先分析物质得失电子的情况，然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。 ②对于较为复杂的电极反应，可以利用“总反应－较简单一极电极反应＝较复杂一极电极反应”的方法解决。 (2)充电时的电极反应是放电时电极反应的逆过程。 3．充、放电时，电解质溶液中离子的移动方向 (1)放电时，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 (2)充电时，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。 [典例1]全钒电池以惰性材料作电极，在电解质溶液中发生的原电池反应为VO(黄色)＋V2＋(紫色)＋2H＋===VO2＋(蓝色)＋H2O＋V3＋(绿色)。 下列说法正确的是(　　) A．正极反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O B．负极附近的溶液由紫色逐渐变为蓝色 C．反应每生成1 mol H2O时转移电子的物质的量为0.5 mol D．原电池使用过程中溶液的pH逐渐减小 解析：选A。由电池总反应VO(黄色)＋V2＋(紫色)＋2H＋===VO2＋(蓝色)＋H2O＋V3＋(绿色)可得，VO为正极的反应物，V2＋为负极的反应物，所以左室为正极室，右室为负极室。正极反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，A项正确；负极反应为V2＋－e－===V3＋，所以负极附近溶液的颜色由紫色逐渐变为绿色，B项错误；由电极反应VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O可知，反应每生成1 mol H2O时转移电子的物质的量为1 mol，C项错误；由原电池总反应可知，反应过程中H＋被不断消耗，所以溶液的pH逐渐增大，D项错误。 二、高考新情景电池电极反应式的书写 近几年高考中的新型电池种类繁多，如“储氢电池”“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现。解答这类考题，首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理，其次会判断正负电极或阴阳极，以及会书写电极反应式等，其中，电极反应式的书写要求较高，难度较大。 1．以CH3OH燃料电池的负极为例解读“四步法” 第一步：还原剂－ne－―→氧化产物。 CH3OH－ne－―→CO2↑(注意电解质溶液呈碱性时：CH3OH－ne－―→CO)。 第二步：标变价算n值。 n＝[4－(－2)]×1＝6。 第三步：根据电池情景用H＋、OH－、O2－、CO等阴、阳离子配平电荷。 即在第二步的基础上观察方程式CH3OH－6e－―→CO2↑，左边有6个单位的正电荷。 (1)酸性电解质时右边加6个单位的H＋使电荷守恒，得CH3OH－6e－―→CO2↑＋6H＋； (2)熔融氧化物为电解质时左边加3个单位的O2－使电荷守恒，得CH3OH－6e－＋3O2－―→CO2↑； (3)熔融碳酸盐为电解质时左边加3个单位的CO使电荷守恒，得CH3OH－6e－＋3CO―→4CO2↑； (4)碱性电解质时，在第二步的基础上观察方程式CH3OH－6e－===CO，左边有6个单位的正电荷，右边有2个单位的负电荷，此时，左边加8个单位的OH－使电荷守恒，得CH3OH－6e－＋8OH－―→CO。 第四步：用H2O等小分子配平原子。 (1)酸性电解质时左边加1个单位的H2O分子使原子守恒，得CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋； (2)熔融氧化物为电解质时右边加2个单位的H2O分子使原子守恒，得CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O； (3)熔融碳酸盐为电解质时右边加2个单位的H2O分子使原子守恒，得CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O； (4)碱性电解质时右边加6个单位的H2O分子使原子守恒，得CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。 2．已知总方程式，书写电极反应式 (1)书写步骤 ①在电池总反应式上标出电子转移的方向和数目(ne－)。 ②找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。 ③写电极反应式。 负极反应：还原剂－ne－―→氧化产物 正极反应：氧化剂＋ne－―→还原产物 (2)书写技巧 若某电极反应式较难写时，可先写出较易写的电极反应式，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。 [典例2](2023·湖南长沙检测)中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢的方案，其基本工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．该电化学装置中，Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势 B．该装置中正极的电极反应式为2H2O－2e－===H2↑＋2OH－ C