1、突破31 新型化学电源1、 【突破必备】1“五类”依据判断原电池电极：判断依据电极电极材料电极反应电子流向离子移向电极现象负极活泼金属氧化反应流出阴离子移向电极质量减小正极不活泼金属或非金属还原反应流入阳离子移向电极增重或质量不变2.“三步”突破原电池电极反应式的书写：第一步：分析氧化还原反应根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目第二步：注意电解质溶液环境分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式第三步：合并正、负电极反应调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式3解答新型化学电源的步骤(1)判断电池类型确认电
2、池原理核实电子、离子移动方向。(2)确定电池两极判断电子、离子移动方向书写电极反应和电池反应。(3)充电电池放电时为原电池失去电子的为负极反应。(4)电极反应总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式另一电极反应式。4. 常见新型一次电池钠硫电池总反应：2NaxS=Na2Sx正极：xS2e=S负极：2Na2e=2Na全钒液流电池总反应：VO2HV2V3VO2H2O正极：VO2He=VO2H2O负极：V2e=V3锂铜电池总反应：2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH正极：Cu2OH2O2e=2Cu2OH负极：Lie=LiMgH2O2电池总反应：H2O22HMg=Mg22H2O正极：H2O22H
3、2e=2H2O负极：Mg2e=Mg2MgAgCl电池总反应：Mg2AgCl=2AgMgCl2正极：2AgCl2e=2Cl2Ag负极：Mg2e=Mg25. 常见新型二次电池锌银电池总反应：Ag2OZnH2O 2AgZn(OH)2正极：Ag2OH2O2e=2Ag2OH负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2阳极：2Ag2OH2e=Ag2OH2O阴极：Zn(OH)22e=Zn2OH镍铁电池总反应：NiO2Fe2H2OFe(OH)2Ni(OH)2正极：NiO22e2H2O=Ni(OH)22OH负极：Fe2e2OH=Fe(OH)2阳极：Ni(OH)22OH2e=NiO22H2O阴极：Fe(OH)22e=Fe
4、2OH镍镉电池总反应：Cd2NiOOH2H2OCd(OH)22Ni(OH)2正极：NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH负极：Cd2e2OH=Cd(OH)2阳极：Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O阴极：Cd(OH)22e=Cd2OH高铁电池总反应：3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH正极：FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH负极：Zn2e2OH=Zn(OH)2阳极：Fe(OH)35OH3e=FeO4H2O阴极：Zn(OH)22e=Zn2OH锂离子电池总反应：Li1xCoO2LixC6LiCoO2C6(x1)正极：Li1xCoO2xexLi=LiCoO2负
5、极：LixC6xe=xLiC6阳极：LiCoO2xe=Li1xCoO2xLi阴极：xLixeC6=LixC62、 【真题示例】【真题示例1】(2018新课标卷，T12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO24Na2Na2CO3C。下列说法错误的是()A放电时，ClO向负极移动B充电时释放CO2，放电时吸收CO2C放电时，正极反应为：3CO24e=2COCD充电时，正极反应为：Nae=Na【答案】D【真题示例2】(2017新课标卷，T11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其
6、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：16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是()A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S62Li2e=3Li2S4B电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 gC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【答案】D【真题示例3】（2016新课标卷，T11）锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn+O2+4OH+2H2O=2Zn(OH)。下列说法正确的是()A充电时，电解质溶液中K+向阳极移动B充电时，电解质溶液中逐渐
7、减小C放电时，负极反应为：Zn+4OH2e =Zn(OH)D放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）【答案】C 【解析】A项，充电时，电解质溶液中K向阴极移动，错误；B项，充电时，总反应方程式为22ZnO24OH2H2O，所以电解质溶液中c(OH)逐渐增大，错误；C项，在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2将与OH结合生成，正确；D项，O24e，故电路中通过2mol电子，消耗氧气0.5mol，在标准状况体积为11.2 L，错误。【真题示例4】(2016新课标卷，T11)MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()A负极反应式为Mg2e=Mg2
8、B正极反应式为Age=AgC电池放电时Cl由正极向负极迁移D负极会发生副反应Mg2H2O=Mg(OH)2H2【答案】B3、 【随堂小练】1. 我国科研人员以Zn和尖晶石型锰酸锌(ZnMn2O4)为电极材料，研制出一种水系锌离子电池，该电池的总反应式为xZnZn1xMn2O4ZnMn2O4(0x1)。下列说法正确的是()A充电时，Zn2向ZnMn2O4电极迁移B充电时，阳极反应：ZnMn2O42xe=Zn1xMn2O4xZn2C放电时，每转移1 mol e，ZnMn2O4电极质量增加65 gD充放电过程中，只有Zn元素的化合价发生变化【答案】D【解析】放电时锌失电子发生氧化反应，所以锌是负极材料
9、，尖晶石型锰酸锌(ZnMn2O4)为正极，充电时，Zn为阴极，阳离子(Zn2)向Zn(阴极)迁移，A错误；B正确；放电时，每转移2 mol e，ZnMn2O4电极质量增加65 g，C错误；充放电时锌与锰的化合价都发生变化，D错误。2某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池总反应为Li1xCoO2LixC6=LiCoO2C6(x1)。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LixC6x e=xLiC6C充电时，若转移1 mol e，石墨(C6)电极将增重7x gD充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2x eLi1xCoO2x
10、Li【答案】C3. 如图所示为可充电的全钒液流电池构造示意图，该电池中的隔膜只允许H通过。电池放电时，负极区溶液的pH将_(填“增大”“减小”或“不变”)，电池充电时，阳极的电极反应式为 _。【答案】增大 VO2eH2O=VO2H【解析】电池放电时，负极反应：V2e=V3，正极反应：VO2He=VO2H2O，H向正极移动，负极区溶液的pH增大；电池充电时，阳极的电极反应式为VO2eH2O=VO2H。4、 【课后强化专练】1AlAg2O电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。电池工作时，下列说法错误的是()A电子由Al电极通过外电路流向Ag2O/Ag电极B电池负极附近溶液pH升高C正极反应式为A
11、g2O2eH2O=2Ag2OHD负极会发生副反应2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2【答案】B2. 一种以NaBH4和H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是()A电池的正极反应式为H2O22e=2OHB电池放电时Na从a极区移向b极区C电子从电极b经外电路流向电极aDb极室的输出液经处理后可输入a极室循环利用【答案】C【解析】通入a电极的为BH、OH，其中B失电子化合价升高生成BO，因此a为电池的负极，b为电池的正极，H2O2中O由1价降到2价发生还原反应，反应式为H2O22e=2OH，A正确。原电池工作时，电解质溶液中的阳离子由负极区向正极区移动，B正确。电子
12、由负极流出，正极流入，即ab，故C错误。正极区产生的氢氧根，可以经处理后输入a极室循环使用，D正确。3甲醇燃料电池是目前应用比较广泛的一种燃料电池，其工作原理如下图所示：下列说法正确的是()AN为正极，发生氧化反应Ba气体为氧气，b气体为甲醇C甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小D若有1 mol CO2生成，则有6 mol H从甲池透过交换膜进入乙池【答案】D4. 我国对“可呼吸”的钠二氧化碳电池的研究取得突破性进展。该电池的总反应式为：4Na3CO22Na2CO3C，其工作原理如图所示(放电时产生的Na2CO3固体储存于碳纳米管中)。下列说法不正确的是()A放电时，钠金属片作负极，碳纳米管作正
13、极B充电时，阳极反应为：2Na2CO3C4e=3CO24NaC放电时，Na从负极区向正极区移动D该电池的电解质溶液也可使用NaClO4的水溶液【答案】D【解析】A放电时为原电池反应，钠金属片失去电子作负极，碳纳米管上得电子作正极，故A正确；B.充电时，阳极失去电子发生氧化反应，反应为C2Na2CO34e=3CO24Na，故B正确；C.放电时，阳离子向正极移动，则Na从负极区向正极区移动，故C正确；D.钠与水反应，不能用水溶液代替TEGDME作溶剂，故D错误。5正、负极都是碳材料的双碳性电池，电池充、放电过程为2nCLiACnALiCn，充电时Li、A分别吸附在两极上形成LiCn和CnA(如图所
14、示)，下列说法正确的是()Aa是电池的负极B放电时，A向b极移动C放电时，负极的电极反应式是nCeA=CnAD充电时，电解质中的离子总数保持不变【答案】B6已知某种微生物燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是()A电流的流动方向：B极A极B溶液中的H由B极区移向A极区C在高温下，该微生物燃料电池的工作效率更高DA极的电极反应式为CH3COOH8e8OH=2CO26H2O【答案】A【解析】结合工作原理图示，该电池实质是酸性条件下的CH3COOH作燃料的燃料电池。A极为负极，B极为正极，电流的流动方向：BA，H(阳离子)移向正极区，A正确、B错误。C.该电池为微生物燃料电池，在高温条件下微生
15、物不能存活，C错误；D.该电池为酸性环境，在电极反应中不可能出现OH，D错误，配平A极电极反应式应为CH3COOH8e2H2O=2CO28H。72016年8月，联合国开发计划署在中国的首个“氢经济示范城市”在江苏如皋落户。用吸附了H2的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示。下列说法正确的是()A电池总反应为H22NiOOH2Ni(OH)2B放电时，甲电极为负极，OH移向乙电极C放电时，乙电极反应为：NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OHD充电时，电池的碳电极与直流电源的正极相连【答案】C8某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2O催化还原，其工作原理如下图所示。下列说法错误的是
16、()A电池工作过程中电子由a极流向b极Bb极反应式：Cr2O6e14H=2Cr37H2OC电池工作过程中a极区附近溶液的pH增大D每生成33.6 L(标况下)CO2，则处理1 mol Cr2O【答案】C【解析】a极：C2H4O2CO2，碳元素化合价升高，发生氧化反应为电源负极，b极附近Cr2OCr3，发生还原反应，b为正极，电子由a流向b，A项正确；b极溶液中Cr2OCr3，根据化合价变化，结合电荷守恒，可得电极反应式：2Cr2O6e14H=2Cr37H2O，B项正确；电池工作时a极反应为：CH3COOH8e2H2O=2CO28H，故a极区附近溶液的pH减小，C项错误；根据两极得失电子相等，得
17、关系式：3CO22Cr2O，故生成1.5 mol CO2，处理1 mol Cr2O，b极生成2 mol Cr(OH)3，D项正确。9有一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图所示，其中的固体电解质是Y2O3Na2O，O2可以在其中自由移动。下列叙述正确的是()A电极a的反应式为：CH44O28e=CO22H2OB电极b是正极，O2由电极a流向电极bC瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极a流向电极bD当固体电解质中有1 mol O2通过时，电子转移4 mol【答案】A10锂铜空气燃料电池容量高、成本低，具有
18、广阔的发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电能，其中放电过程为2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH，下列说法错误的是()A放电时，Li透过固体电解质向Cu极移动B放电时，正极的电极反应式为O22H2O4e=4OHC通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2OD整个反应过程中，氧化剂为O2【答案】B【解析】因为原电池放电时，阳离子移向正极，所以Li透过固体电解质向Cu极移动，A正确；由总反应方程式可知Cu2O中Cu元素化合价降低，被还原，正极反应式应为Cu2OH2O2e=2Cu2OH，B错误；放电过程为2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH，可知通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，C
19、正确；由C项分析知，Cu先与O2反应生成Cu2O，放电时Cu2O重新生成Cu，则整个反应过程中，Cu相当于催化剂，O2为氧化剂，D正确。11我国科学家设计出的一种装置(如图所示)，实现了“太阳能电能化学能”的转化，总反应为2CO2=2COO2。下列有关说法正确的是()A该装置属于原电池B人体呼出的水蒸气参与Y极反应：CO2H2O2e=CO2OHC反应完毕，该太阳能装置中的电解质溶液碱性增强DX极电极反应式为O22H2O4e=4OH【答案】B12. 根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正确的是()Aa电极为原电池的正极B外电路电流方向是abCb电极的电极反应式为：O22e2H=H2O2
20、Da电极上每生成1 mol O2，通过质子交换膜的H为2 mol【答案】C【解析】根据图示可知，a电极上H2O转化为H和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即ba，B项错误；根据图示可知，b电极上O2得电子转化为H2O2，电极反应式为：O22e2H=H2O2，C项正确；a电极上每生成1 mol O2，转移4 mol电子，则通过质子交换膜的H为4 mol，D项错误。13. 微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是()AHS在硫氧化菌作用下转化为SO的
21、反应为HS4H2O8e=SO9HB电子从电极b流出，经外电路流向电极aC如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化D若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H通过质子交换膜【答案】A14. 利用微生物可将废水中苯酚的化学能直接转化为电能，装置如图所示。电池工作时，下列说法正确的是()Aa极为正极，发生氧化反应Bb极的电极反应式为：2NO12H10e=N26H2OC中间室的Cl向左室移动D左室消耗苯酚(C6H5OH)9.4 g时，用电器流过2.4 mol电子【答案】C15. 世界某著名学术刊物介绍了一种新型中温全瓷铁空气电池，其结构如图所示。下列有关该电池放电时的说法正确的是()Aa极发生氧化反应B正极的电极反应式为FeOx2xe=FexO2C若有22.4 L(标准状况)空气参与反应，则电路中有4 mol电子转移D铁表面发生的反应为xH2O(g)Fe=FeOxxH2【答案】D【解析】a极通入空气，O2在该电极发生得电子的还原反应，A错误；O2在正极发生反应，电极反应式为O24e=2O2，B错误；由B项分析可知，电路中有4 mol电子转移时正极上消耗1 mol O2，在标准状况下的体积为22.4 L，则通入空气的体积约为22.4 L5112 L，C错误；由图可知，铁表面H2O(g)参与反应生成H2，则发生的反应为xH2O(g)Fe=FeOxxH2，D正确。14