高三化学一轮复习化学电源.docx
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高三化学一轮复习化学电源
高三化学一轮复习——化学电源
知识梳理
[学在课内]
1.一次电池——碱性锌锰干电池
正极反应:
2MnO2+2H2O+2e-===2MnO(OH)+2OH-;
负极反应:
Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2;
总反应:
Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2。
2.二次电池——可充电电池
铅蓄电池是最常见的二次电池,负极材料是Pb,正极材料是PbO2。
(1)放电时的反应
①负极:
Pb-2e-+SO
===PbSO4。
②正极:
PbO2+2e-+SO
+4H+===PbSO4+2H2O。
③总反应:
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l)。
(2)充电时的反应
①阴极:
PbSO4+2e-===Pb+SO
。
②阳极:
PbSO4-2e-+2H2O===PbO2+SO
+4H+。
③总反应:
2PbSO4(s)+2H2O(l)===Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)。
[注意] 可充电电池的充放电不能(填“能”或“不能”)理解为可逆反应。
3.燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分成酸性和碱性两种:
酸性
碱性
负极反应式
H2-2e-===2H+
H2-2e-+2OH-===2H2O
正极反应式
O2+4e-+4H+===2H2O
O2+4e-+2H2O===4OH-
电池总反应式
2H2+O2===2H2O
[考在课外]
教材延伸
判断正误
(1)太阳能电池不属于原电池(√)
(2)碘可用作锂碘电池的材料,该电池反应为2Li(s)+I2(s)===2LiI(s),则碘电极作该电极的负极(×)
(3)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应(×)
(4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应(×)
拓展应用
(1)
(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量,其工作原理示意图如图所示:
Pt电极上发生的是还原反应(填“氧化”或“还原”)。
写出NiO电极的电极反应式:
NO-2e-+O2-===NO2。
思维探究
一种碳纳米管能够吸附氢气,可作二次电池(如下图所示)的碳电极。
该电池的电解质溶液为6mol·L-1的KOH溶液。
(1)当闸刀掷向充电器时,该装置为电解池,镍电极反应式为Ni(OH)2-e-+OH-===NiO(OH)+H2O。
(2)当闸刀掷向用电器时,该装置为原电池,镍电极电极反应式为NiO(OH)+e-+H2O===Ni(OH)2+OH-。
[基础点巩固]
1.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,稀H2SO4为电解质溶液。
下列有关说法不正确的是( )
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:
H2-2e-===2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
解析 a极通入的H2发生氧化反应,为负极,电子由a极经外电路流向b极,A项正确;以稀H2SO4为电解质溶液时,负极的H2被氧化为H+,B项正确;电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,C项错误;根据电池总反应:
2H2+O2===2H2O,CH4+2O2===CO2+2H2O,可知等物质的量的CH4消耗O2较多,D项正确。
答案 C
2.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。
一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如下图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。
下列关于该电池的叙述正确的是( )
A.b极发生氧化反应
B.a极的反应式:
N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O
C.放电时,电流从a极经过负载流向b极
D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜
解析 燃料电池燃料(N2H4)在负极(a极)发生氧化反应N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O,O2在正极发生还原反应:
O2+4e-+2H2O===4OH-,总反应为N2H4+O2===N2+2H2O,A项错误,B项正确;放电时电流由正极流向负极,C项错误;OH-在正极生成,移向负极消耗,所以离子交换膜应让OH-通过,故选用阴离子交换膜,D项错误。
答案 B
3.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。
质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应为O2+4H++4e-===2H2O
C.电路中每流过4mol电子,在正极消耗44.8LH2S
D.每17gH2S参与反应,有1molH+经质子膜进入正极区
解析 电极a上H2S转化为S2,发生氧化反应,则电极a为电池的负极,A项正确;电极b上O2转化为H2O,电极反应式为O2+4H++4e-===2H2O,B项正确;负极反应式为2H2S-4e-===S2+4H+,电路中每流过4mol电子,在负极消耗2molH2S,而不是正极,且题中未指明H2S所处的状态,C项错误;根据2H2S-4e-===S2+4H+知,17g(0.5mol)H2S参与反应,生成1molH+经质子膜进入正极区,D项正确。
答案 C
[名师点拨]
)
4.
(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。
下图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
电极b作________极,表面发生的电极反应为_________________________________。
(2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。
某浓差电池的原理如图所示,该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。
①X为________极,Y电极反应式为__________________________________
__________________________________________________________。
②Y极生成1molCl2时,________molLi+移向________(填“X”或“Y”)极。
解析
(1)从图示可以看出,左侧H2O转变成O2,O元素被氧化,电极a为负极,电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,H+通过质子交换膜进入右侧发生反应,右侧通入的CO2转变成HCOOH,C元素被还原,电极b为正极,电极反应式为CO2+2e-+2H+===HCOOH。
(2)根据装置可知生成H2的电极为正极,生成Cl2的电极为负极。
答案
(1)正 CO2+2e-+2H+===HCOOH
(2)①正 2Cl--2e-===Cl2↑
②2 X
[名师点拨]
电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写
(2)复杂电极反应式的书写
=
-
如CH4酸性燃料电池中
CH4+2O2===CO2+2H2O……总反应式①
2O2+8H++8e-===4H2O……正极反应式②
①-②得
CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+……负极反应式K
[能力点提升]
5.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池的总反应为:
Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+C6(x<1)。
下列关于该电池的说法不正确的是( )
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-===xLi++C6
C.充电时,若转移1mole-,石墨(C6)电极将增重7xg
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+
解析 放电时,负极反应为:
LixC6-xe-===xLi++C6,正极反应为:
Li1-xCoO2+xe-+xLi+===LiCoO2,A、B正确;充电时,阴极反应为:
xLi++C6+xe-===LixC6,转移1mole-时,石墨C6电极将增重7g,C项错误;充电时,阳极反应为放电时正极反应的逆反应:
LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+,D项正确。
答案 C
6.中国科学家用毛笔书写后的纸张作为空气电极,设计并组装了轻型、柔性且可折叠的可充电锂空气电池(图1),电池的工作原理如图2。
下列有关说法正确的是( )
A.放电时,纸张中的纤维素作锂电池的正极
B.放电时,Li+由正极经过有机电解质溶液移向负极
C.开关K闭合给锂电池充电,X为直流电源正极
D.充电时,阳极的电极反应式为Li2O2-2e-===O2↑+2Li+
解析 纤维素不导电,石墨导电,故放电时,纸张表面毛笔书写后留下的石墨作电池正极,A项错误;原电池或电解池工作时,电解质中阴、阳离子的移动方向一般遵循“阴阳相吸”原则,即电池放电时,电解质中的阳离子移向正极,据此可快速判断锂电池放电时,带正电荷的Li+由负极经过有机电解质溶液移向正极,B项错误;充电时,直流电源负极与电池负极(金属锂)相连,故X为直流电源负极,C项错误;充电时,空气电极作阳极,此时Li2O2失去电子生成O2:
Li2O2-2e-===O2↑+2Li+,D项正确。
答案 D
[名师点拨]
1.充放电电池解题模板
2.速记速判
简单电极先写出,复杂反应相减得。
负极颠倒得阴极,正极颠倒得阳极。
[高考真题体验]
7.(2017·课标全国Ⅲ,11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:
16Li+xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。
下列说法错误的是( )
A.电池工作时,正极可发生反应:
2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
解析 A项,原电池电解质中阳离子移向正极,根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li+移动方向可知,电极a为正极,正极发生还原反应,由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应,正确;B项,电池工作时负极电极方程式为:
Li-e-===Li+,当外电路中流过0.02mol电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02mol,其质量为0.14g,正确;C项,石墨烯具有良好的导电性,故可以提高电极a的导电能力,正确;D项,电池充电时为电解池,此时电解总反应为8Li2Sx
16Li+xS8(2≤x≤8),故Li2S2的量会越来越少,错误。
答案 D
8.(2018·课标全国Ⅲ,11)一种可充电锂空气电池如图所示。
当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。
下列说法正确的是( )
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为Li2O2-x===2Li+
O2
解析 根据电池工作原理,多孔碳材料吸附O2,O2在此获得电子,所以多孔碳材料电极为电池的正极,A项错误;放电时电子从负极(锂电极)流出,通过外电路流向正极(多孔碳材料电极),B项错误;Li+带正电荷,充电时,应该向电解池的阴极(锂电极)迁移,C项错误;充电时,电池总反应为Li2O2-x===2Li+
O2,D项正确。
答案 D
9.(2017·海南卷)一种电化学制备NH3的装置如下图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。
下列叙述错误的是( )
A.Pd电极b为阴极
B.阴极的反应式:
N2+6H++6e-===2NH3
C.H+由阳极向阴极迁移
D.陶瓷可以隔离N2和H2
解析 此装置为电解池,总反应式是N2+3H2===2NH3,Pd电极b上是氢气发生氧化反应,即氢气失去电子化合价升高,Pd电极b为阳极,故A说法错误;根据A选项分析,Pd电极a为阴极,反应式为N2+6H++6e-===2NH3,故B说法正确;根据电解池的原理,阳离子由阳极移向阴极,故C说法正确;根据装置图,陶瓷可以隔离N2和H2,故D说法正确。
答案 A