2025届高考化学一轮复习 课件 微专题14　新型化学电源

微专题14　新型化学电源 高考怎么考 高考考什么 命题角度一 一次电池 命题角度二 燃料电池 命题角度三 二次（充电）电池 高考精准练 1 高考怎么考 1. [2023•辽宁卷] 某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是 ( 　 ) A.放电时负极质量减小 B.储能过程中电能转变为化学能 C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧 D.充电总反应:Pb+S+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+ B 　　　 [解析]该储能电池放电时,Pb为负极,失电子结合硫酸根离子生成PbSO4,则多孔碳电极为正极,正极上Fe3+得电子转化为Fe2+,H+由左侧通过质子交换膜进入右侧;充电时,多孔碳电极为阳极,Fe2+失电子生成Fe3+,PbSO4电极为阴极,PbSO4得电子生成Pb和S,H+由右侧通过质子交换膜进入左侧。 放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上,负极质量增大,A错误; 高考怎么考 1. [2023•辽宁卷] 某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是 ( 　 ) A.放电时负极质量减小 B.储能过程中电能转变为化学能 C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧 D.充电总反应:Pb+S+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+ B 　　　 储能过程中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B正确; 放电时,右侧多孔碳电极为正极,电解质溶液中的阳离子向正极移动,左侧的H+通过质子交换膜移向右侧,C错误; 充电时,总反应为PbSO4+2Fe2+ =Pb+S+2Fe3+,D错误。 高考怎么考 2. [2022•湖南卷] 海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是 ( 　) A.海水起电解质溶液作用 B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e- =2OH-+H2↑ C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 D.该锂-海水电池属于一次电池 B　 [解析] M极上Li失去电子发生氧化反应,则M极为负极,电极反应式为Li-e- =Li+,N极为正极,发生还原反应,据此分析解答。 海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作电解质溶液,A正确; 海水呈弱碱性,有溶解氧,发生的电极反应可能为O2+2H2O+4e- =4OH-,B错误; 高考怎么考 2. [2022•湖南卷] 海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是 ( 　) A.海水起电解质溶液作用 B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e- =2OH-+H2↑ C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 D.该锂-海水电池属于一次电池 B　 Li是活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷可防止水和Li接触,且玻璃陶瓷也可传导Li+,使M极产生的Li+向正极移动,形成闭合回路,C正确; 该电池不可充电,属于一次电池,D正确。 高考怎么考 3. [2023•新课标全国卷] 一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池,其示意图如下所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( 　) A.放电时V2O5为正极 B.放电时Zn2+由负极向正极迁移 C.充电总反应:xZn+V2O5+nH2O= ZnxV2O5·nH2O D.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe- =xZn2++V2O5+nH2O C　 高考怎么考 [解析]由题意可知,放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,则Zn为负极, V2O5为正极,故A项正确; Zn2+为阳离子,放电时阳离子由负极向正极迁移,故B项正确; 充电过程为放电过程的逆过程,充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O =xZn+V2O5+ nH2O,故C项错误; 放电时正极反应为xZn2++V2O5+nH2O+2xe- =ZnxV2O5·nH2O,则充电时阳极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe- =xZn2++V2O5+nH2O,故D项正确。 高考怎么考 4. [2022•广东卷] 科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+ 2Na++2e- =Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是 (　 ) A.充电时电极b是阴极 B.放电时NaCl溶液的pH减小 C.放电时NaCl溶液的浓度增大 D.每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g C　 高考怎么考 [解析]据题中已知信息可知,充电时,电极b的反应式为2Cl--2e- =Cl2,则充电时电极b为阳极,A错误; 由充电时的电极反应式可知,充电、放电过程溶液的pH没有发生变化,B错误; 由充电时的电极反应式可知,放电时的总反应式为Na3Ti2(PO4)3+Cl2 =2Cl-+ 2Na++NaTi2(PO4)3,显然NaCl溶液的浓度增大,C正确; 每生成1 mol Cl2,转移2 mol电子,电极a有1 mol NaTi2(PO4)3转化为Na3Ti2(PO4)3,故电极a理论上增加的质量为2 mol×23 g·mol-1=46 g,D错误。 命题角度一 一次电池 整合要点·夯实必备 高考考什么 1. 构建原电池模型 [微点拨] 关于电池中电子或离子的移动方向可简单归纳为“电子不下水,离子不上岸”,电流则要形成回路。 整合要点·夯实必备 高考考什么 2. 原电池正、负极的判断方法 整合要点·夯实必备 高考考什么 3. 原电池中电极和电池反应的书写方法 探究典例·提升能力 高考考什么 例1 [2022•全国甲卷] 一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH存在]。电池放电时,下列叙述错误的是 (　 ) A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移 B.Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区迁移 C.MnO2电极反应:MnO2+4H++2e- =Mn2++2H2O D.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+ = Zn(OH+Mn2++2H2O A　 探究典例·提升能力 高考考什么 [解析]根据图示和题目所给信息可知,Ⅲ区Zn为电池的负极,电极反应为Zn-2e-+ 4OH- =Zn(OH,Ⅰ区MnO2为电池的正极,电极反应为MnO2+2e-+4H+ =Mn2++ 2H2O;电池在工作过程中,Ⅰ区消耗H+,生成Mn2+,阴离子S过量,Ⅰ区的S向Ⅱ区移动,Ⅲ区消耗OH-,生成Zn(OH,Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。 根据分析,Ⅲ区的K+通过隔膜向Ⅱ区移动,A错误; 根据分析,Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区移动,B正确; MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+ =Mn2++ 2H2O,C正确; 电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+ =Zn(OH+ Mn2++2H2O,D正确。 迁移应用 “热电池”是高温熔融盐一次电池,在航空航天领域有广泛应用,采用LiAl、LiSi等合金作电极比纯锂安全性更好。某热电池工作原理如图所示,放电时,1 mol FeS2完全反应时得到4 mol电子。下列说法错误的是 (　 ) A.电子流向:LiAl极→用电器→FeS2极 B.若1 mol Li0.9Al转化为Li0.08Al,则FeS2消耗98.4 g C.正极的电极反应式为FeS2+4Li++4e- =Fe+2Li2S D.热电池的正极材料需要具备高温下的热稳定性和物理稳定性 B 探究典例·提升能力 高考考什么 [解析]由题给信息知,FeS2极为正极,LiAl极为负极,电池放电时,电子由负极经外电路流向正极,即电子流向:LiAl极→用电器→FeS2极,A正确; 放电时1 mol Li0.9Al转化为Li0.08Al的反应式为Li0.9Al-0.82e- =Li0.08Al+0.82Li+,转移 0.82 mol电子时,正极消耗0.205 mol FeS2,质量为0.205 mol×120 g·mol-1=24.6 g,B错误; LiAl合金中锂比铝活泼,放电时锂优先失电子生成锂离子,1 mol FeS2完全反应时得到 4 mol电子,则正极反应式为FeS2+4Li++4e- =Fe+2Li2S,C正确; 热电池的正极材料需要具备高温下不易分解,不易与其他物质反应的性质,即具备高温下的热稳定性和物理稳定性,D正确。 探究典例·提升能力 高考考什么 命题角度二 燃料电池 整合要点·夯实必备 高考考什么 1. 教材中燃料电池装置模型及迁移应用 整合要点·夯实必备 高考考什么 2. 燃料电池工作原理分析模型 3. 燃料电池中正极反应原理分析 根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,O2得到电子后化合价降低,首先变成O2-, O2-能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸、碱、盐)的不同,其电极反应也有所不同,下表为四种不同电解质环境中,氧气得电子后O2-的存在形式: 整合要点·夯实必备 高考考什么 电解质环境 　从电极反应式判断O2-的存在形式 　酸性电解质溶液环境下 　O2+4H++4e- =2H2O 　碱性电解质溶液环境下 　O2+2H2O+4e- =4OH- 　固体电解质(高温下能传导O2-)环境下 　O2+4e- =2O2- 　熔融碳酸盐(如:熔融K2CO3)环境下 　O2+2CO2+4e- =2C 探究典例·提升能力 高考考什么 例2 [2023• 辽宁鞍山模拟] 甲酸钠燃料电池是一种膜基碱性电池,提供电能的同时可以获得烧碱,其工作原理如图所示,下列有关说法正确的是 ( 　)  A.CEM隔膜为质子交换膜 B.甲为电池负极,电极反应为HCOO--e-+ H2O= H2CO3+H+ C.电池在工作时,乙极附近溶液pH增大 D.单位时间内甲极产生的H2CO3与乙极 消耗的O2物质的量之比为4∶1 C 探究典例·提升能力 高考考什么 [解析]该装置同时可以获得烧碱,则钠离子应与氢氧根离子结合,若为质子交换膜(只允许氢离子自由通过),则钠离子与正极生成的OH-不能接触,无法得到NaOH,A错误; 乙电极上氧气得电子,则甲电极上HCOONa失电子生成碳酸,电极反应为HCOO--2e-+H2O=H2CO3+H+,B错误; 电池在工作时,乙极发生反应为O2+2H2O+4e- =4OH-, 电极附近溶液OH-浓度增大,pH增大,C正确; 转移4 mol电子正极消耗1 mol O2,负极生成2 mol H2CO3,则单位时间内甲极产生的H2CO3与乙极消耗的O2物质的量之比为2∶1,D错误。 迁移应用 微生物脱盐池是在微生物燃料电池的基础上发展而来的新兴生物电化学系统,原理如图所示,下列说法错误的是 ( 　) A.b为正极 B.X为阴离子交换膜 C.该装置能实现从海水中得到淡水,同时去 除有机物并提供电能 D.负极反应为CH3COO-+7OH--8e- =2CO2↑+5H2O D 探究典例·提升能力 高考考什么 [解析]由题意和图示装置可知,微生物脱盐池是化学能转化为电能的装置,即为原电池,正极通入O2,负极通入有机废水,负极发生氧化反应,负极反应为CH3COO-+ 2H2O-8e- =2CO2↑+7H+。 b极通入O2,O元素化合价降低,发生还原反应,则b为正极,故A正确; 原电池内电路中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,从而达到脱盐目的,所以Y为阳离子交换膜,X为阴离子交换膜,故B正确; 探究典例·提升能力 高考考什么 原电池内电路中,阳离子通过阳离子交换膜Y移向正极,阴离子通过阴离子交换膜X移向负极,从而使海水中NaCl含量减少形成淡水,该装置工作时为原电池,是将化学能转化为电能的装置,能提供电能,负极上有机物失去电子转化为CO2,能去除有机物,故C正确; a为负极,发生失电子的氧化反应,电极反应为CH3COO-+2H2O-8e- =2CO2↑+7H+,故D错误。 探究典例·提升能力 高考考什么 命题角度三 二次(充电)电池 整合要点·夯实必备 高考考什么 1. 充电电池原理分析 整合要点·夯实必备 高考考什么 2. 二次电池电极反应式的书写思维模型 第一步:分析氧化还原反应。根据氧化还原反应,分析物质氧化还原性的相对强弱,确定正负极反应物质。 第二步:注意电池中呈现物质。通过分析物质是未放电时的物质或是放电后生成的物质,确定电池正在放电或正在充电。 第三步:确定电极反应。根据氧化还原反应原理和电解质溶液的种类,确定正、负极(或阴、阳极)的电极反应式。 探究典例·提升能力 高考考什么 例3 镍镉电池是二次电池,其工作原理示意图如图(L为小灯泡,K1、K2为开关,a、b为直流电源的两极)。下列说法不正确的是 (　 ) A.断开K2、合上K1,镍镉电池能量转化形式: 化学能→电能 B.断开K1、合上K2,电极A为阴极,发生还原反应 C.电极B发生氧化反应过程中,溶液中KOH浓度不变 D.镍镉二次电池的总反应式:Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2 C [解析] A项,断开K2、合上K1,装置为原电池,能量转化形式为化学能→电能,正确; B项,断开K1、合上K2,则装置为电解池,电极A与电源负极相连,故电极A为阴极,阴极发生还原反应,正确; C项,电极B发生氧化反应,应为电解池阳极发生的反应,有元素化合价升高,失去电子,电极反应式为2Ni(OH)2+2OH--2e- =2NiOOH+2H2O,电极A为阴极,得电子,电极反应式为Cd(OH)2+2e- =Cd+2OH-,总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiOOH+ 2H2O,反应中生成水,KOH浓度降低,错误; D项,镍镉二次电池的总反应式为Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2,正确。 探究典例·提升能力 高考考什么 【思维建模】 解答二次电池的构成及原理类题的思维模型 探究典例·提升能力 高考考什么 迁移应用 [2023·全国乙卷] 室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极,表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时,在硫电极发生反应:S8+e-→ ,+e- → , 2Na+++2(1-)e- → Na2Sx 下列叙述错误的是 (　 ) A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移 B.放电时外电路电子流动的方向是a→b C.放电时正极反应为2Na++S8+2e- → Na2Sx D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能 A 探究典例·提升能力 高考考什么 [解析]由电池工作时硫电极发生的反应可知,放电时硫电极为正极,钠电极为负极,充电时硫电极为阳极,钠电极为阴极。 充电时Na+移向阴极,即Na+向钠电极迁移,A项错误; 放电时外电路电子从负极移向正极,即从a到b,B项正确; 放电时正极得到电子,电极反应式为2Na++S8+2e- → Na2Sx,C项正确; 硫黄粉末喷涂在炭化纤维素纸上是为了增强电极的导电性,D项正确。 探究典例·提升能力 高考考什么 1. [2022•辽宁卷] 某储能电池原理如图。下列说法正确的是 ( 　) A.放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- =NaTi2(PO4)3+2Na+ B.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移 C.放电时每转移1 mol电子,理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2 D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大 A　　　 高考精准练 32 高考精准练 [解析]放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- =NaTi2(PO4)3+2Na+,正极反应:Cl2+2e- = 2Cl-,消耗氯气,放电时,阴离子移向负极,充电时阳极反应:2Cl--2e- =Cl2↑,由此解析。 放电时负极失电子,发生氧化反应,电极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- =NaTi2(PO4)3+2Na+,故A正确; 放电时,阴离子移向负极,则放电时Cl-透过多孔 活性炭电极向NaCl溶液中迁移,故B错误; 放电时正极反应为Cl2+2e- =2Cl-,每转移1 mol 电子,理论上CCl4释放0.5 mol Cl2,故C错误; 充电过程中,阳极反应为2Cl--2e- =Cl2↑,消耗 氯离子,NaCl溶液浓度减小,故D错误。 33 2. [2022•全国乙卷] Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e- =Li)和阳极反应(Li2O2+2h+= 2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是 (　 ) A.充电时,电池的总反应为Li2O2 =2Li+O2 B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关 C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移 D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e- =Li2O2 C 高考精准练 34 [解析]充电时光照光催化电极产生电子和空穴,驱动阴极反应(Li++e- =Li)和阳极反应(Li2O2+2h+ =2Li++O2),则充电时总反应为Li2O2 =2Li+O2,结合图示,充电时金属Li电极为阴极,光催化电极为阳极;则放电时金属Li电极为负极,光催化电极为正极。 由上述分析,充电时电池的总反应为Li2O2 =2Li+O2,A正确; 充电时,光照光催化电极产生电子和空穴,阴极反应与电子有关,阳极反应与空穴有关,故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,B正确; 放电时,金属Li电极为负极,光催化电极为正极,Li+ 从负极穿过离子交换膜向正极迁移,C错误; 放电时总反应为2Li+O2 =Li2O2,正极反应为 O2+2Li++2e- =Li2O2,D正确。 高考精准练 35 3. [2023•湖北襄阳五校联考] 最近科学家研发了“全氢电池”,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是 (　 ) A.吸附层a是负极,发生氧化反应, 吸附层b是正极,发生还原反应 B.“全氢电池”的总反应为H++OH- =H2O C.NaClO4的作用是传导离子,不参与电极反应 D.Na+在装置中从左侧向右侧移动,Cl从右侧向左侧移动 高考精准练 D 36 高考精准练 [解析]由图可知,吸附层a上H2反应生成H2O,发生氧化反应,吸附层b上H+反应生成H2,发生还原反应,则吸附层a是负极,吸附层b是正极,A正确。 负极反应式为H2+2OH--2e- =2H2O,正极反应式为2H++2e- =H2↑,综合两极可得电池总反应为H++ OH- =H2O,B正确。 由图可知,NaClO4的作用仅是传导离子,不参与电极反应,C正确。 原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,故Na+从左侧透过阳离子交换膜向右侧移动,Cl不能透过阳离子交换膜,D错误。 37 4. [2023•湖北武汉调研] 我国某科研团队借助氧化还原介质RM,将Li-CO2电池的放电电压提高至3 V以上,该电池的工作原理如图。下列说法正确的是 (　 ) A.LiFePO4电极的电势比多孔碳电极的高 B.负极反应:LiFePO4-xe- =Li(1-x)FePO4+xLi+ C.RM和RM+-C均为该电池反应的催化剂 D.LiFePO4电极质量减少7 g,就有22 g CO2被固定 高考精准练 B [解析]由图可知,原电池中阳离子向正极移动,则左侧电极为负极、右侧电极为正极。 LiFePO4电极为负极、多孔碳电极为正极,故LiFePO4电极的电势比多孔碳电极的低,A错误; 左侧电极为负极,LiFePO4失去电子发生氧化反应,负极反应为LiFePO4-xe- = Li(1-x)FePO4+xLi+,B正确; 38 4. [2023•湖北武汉调研] 我国某科研团队借助氧化还原介质RM,将Li-CO2电池的放电电压提高至3 V以上,该电池的工作原理如图。下列说法正确的是 (　 ) A.LiFePO4电极的电势比多孔碳电极的高 B.负极反应:LiFePO4-xe- =Li(1-x)FePO4+xLi+ C.RM和RM+-C均为该电池反应的催化剂 D.LiFePO4电极质量减少7 g,就有22 g CO2被固定 高考精准练 B RM为该电池反应的催化剂,RM+-C为该电池反应的中间产物,C错误; 由负极反应可知,LiFePO4电极质量减少7 g则转移1 mol电子,正极的反应为2CO2+2e-+2Li+ =Li2C2O4,反应中碳元素化合价由+4价变为+3价,则根据电子守恒可知,有1 mol即44 g CO2被固定,D错误。 39 $$