1、16 新型电源及电极反应式的书写新型电源及电极反应式的书写 1电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写) 2新型燃料电池 (1)燃料电池常用的燃料 H2、CO、烃(如 CH4、C2H6)、醇(如 CH3OH)、肼(N2H4)等。 (2)燃料电池常用的电解质 酸性电解质溶液，如 H2SO4溶液；碱性电解质溶液，如 NaOH 溶液；熔融氧化物； 熔融碳酸盐，如 K2CO3；质子交换膜等。 (3)燃料电池电极反应式书写的常用方法 第一步，写出电池总反应式。 燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反 应。 如甲烷燃料电池(电解质溶液为 NaOH 溶
2、液)的反应如下： CH42O2=CO22H2O CO22NaOH=Na2CO3H2O 可得甲烷燃料电池的总反应式：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。 第二步，写出电池的正极反应式。 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，因电解质溶液不同，故其 电极反应也会有所不同： 酸性电解质：O24H 4e=2H 2O。 碱性电解质：O22H2O4e =4OH。 固体电解质(高温下能传导 O2 )：O 24e =2O2。 熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)：O22CO24e =2CO2 3。 第三步，电池的总反应式电池的正极反应式电池的负极反应式。 3新型可逆电池 (1)铁
3、镍电池(负极Fe，正极NiO2，电解液KOH 溶液) 已知：FeNiO22H2O 放电 充电 Fe(OH)2Ni(OH)2，则 放电： 负极：Fe2e 2OH=Fe(OH) 2； 正极：NiO22H2O2e =Ni(OH) 22OH 。 充电： 阴极：Fe(OH)22e =Fe2OH； 阳极：Ni(OH)22e 2OH=NiO 22H2O。 (2)LiFePO4电池(正极LiFePO4，负极Li，含 Li 导电固体为电解质) 已知：FePO4Li 放电 充电 LiFePO4，则 放电： 负极：Lie =Li； 正极：FePO4Li e=LiFePO 4。 充电： 阴极：Li e=Li； 阳极：
4、LiFePO4e =FePO 4Li 。 (3)高铁电池(负极Zn，正极石墨，电解质为浸湿的固态碱性物质) 已知：3Zn2K2FeO48H2O 放电 充电 3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，则 放电： 负极：3Zn6e 6OH=3Zn(OH) 2； 正极：2FeO2 46e 8H 2O=2Fe(OH)310OH 。 充电： 阴极：3Zn(OH)26e =3Zn6OH； 阳极：2Fe(OH)36e 10OH=2FeO2 48H2O。 题组一 新型燃料电池 1以甲烷燃料电池为例，分析不同的环境下电极反应式的书写。 (1)酸性介质(如 H2SO4) 总反应式：_。 负极：_。 正极：_。 答
5、案 CH42O2=CO22H2O CH48e 2H 2O=CO28H 2O28e 8H=4H 2O (2)碱性介质(如 KOH) 总反应式：_。 负极：_。 正极：_。 答案 CH42O22OH =CO2 33H2O CH48e 10OH=CO2 37H2O 2O28e 4H 2O=8OH (3)固体电解质(高温下能传导 O2 ) 总反应式：_。 负极：_。 正极：_。 答案 CH42O2=CO22H2O CH48e 4O2=CO 22H2O 2O28e =4O2 2(1)肼分子(H2NNH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气与 KOH 溶液组成 碱性燃料电池，请写出该电池的负极、正
6、极反应式：_、 _。 (2)化学家正在研究尿素动力燃料电池，用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净 化的水， 又能发电。 尿素燃料电池结构如图所示， 写出该电池的负极反应式： _ _。 答案 (1)N2H44e 4OH=4H 2ON2 O24e 2H 2O=4OH (2)CO(NH2)2H2O6e =CO 2N26H (1)新型燃料电池的分析模板 (2)解答燃料电池题目的几个关键点 通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。 注意介质的成分，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 通过介质中离子的移动方向，可以判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电 极反应。 题组二 新型可逆电池
7、 3锂离子电池充放电电池总反应：LixC6Li1xCoO2 放电 充电 LiCoO2C6，该电池充、放电 的工作示意图如图。下列有关说法不正确的是( ) A该电池具有很高的比能量 B负极的反应式：LixC6xe =xLiC 6 C放电时，Li 从石墨晶体中脱出回到正极氧化物晶格中 D充电时，若转移 1 mol e ，石墨电极将增重 7x g 答案 D 解析 锂是摩尔质量最小的金属元素，因此制成的电池具有很高的比能量，A 正确；根据总 反应可判断，负极反应式为 LixC6xe =xLiC 6，B 正确；从图示可知，放电时锂离子从 石墨晶格中脱出，通过电解质迁移到层状正极表面后嵌入正极氧化物晶格中
8、，C 正确；充电 时，石墨(C6)电极嵌入 Li 变成 Li xC6，电极反应式为 xLi C 6xe =Li xC6，则石墨电极增 重的质量就是 Li 的质量，根据关系式： xLi xe 1 mol 1 mol 可知若转移 1 mol e ，石墨电极将增多 1 mol Li，即增重 7 g，D 错误。 4我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如图所示，其中固 体薄膜只允许 Li 通过。锂离子电池的总反应为 xLiLi 1xMn2O4 放电 充电 LiMn2O4。下列有 关说法错误的是( ) A放电时，Li 穿过固体薄膜进入水溶液电解质中 B放电时，正极反应为 Li1x
9、Mn2O4xLi xe=LiMn 2O4 C充电时，电极 b 为阳极，发生氧化反应 D该电池的缺点是存在副反应：2Li2H2O=2LiOHH2 答案 D 解析 Li 为活泼金属，放电时，发生氧化反应，故电极 a 为负极，阳离子从负极移向正极， 即 Li 穿过固体薄膜进入水溶液电解质中，然后移向电极 b，A、B 项正确；充电时，电池正 极接电源正极，发生氧化反应，是阳极，C 项正确；由于固体薄膜只允许 Li 通过，水不能 与 Li 接触，故不存在 Li 与水的反应，D 项错误。 锂离子电池充放电分析 常见的锂离子电极材料 正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn 等) LiM2O4(M：Co、
10、Ni、Mn 等) LiMPO4(M：Fe 等) 负极材料：石墨(能吸附锂原子) 负极反应：LixCnxe =xLiC n， 正极反应：Li1xMO2xLi xe=LiMO 2， 总反应：Li1xMO2LixCn 放电 充电 CnLiMO2 5(2018 全国卷，12)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 4向负极移动 B充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2 C放电时，正极反应为 3CO24e =2CO
11、2 3C D充电时，正极反应为 Na e=Na 答案 D 解析 根据电池的总反应知，放电时，负极反应： 4Na4e =4Na 正极反应：3CO24e =2CO2 3C 充电时，阴极反应：4Na 4e=4Na 阳极反应：2CO2 3C4e =3CO 2 放电时，ClO 4向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放 CO2，放电时吸 收 CO2。 题组三 复杂电极反应式的书写方法 6铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)在水溶液中可形成许多微电池。将含有 Cr2O2 7的酸性 废水通过铁炭混合物，在微电池正极上 Cr2O2 7转化为 Cr 3，其电极反应式为_。 答案 Cr2O2 714H
12、 6e=2Cr37H 2O 7用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO 3)已成为环境修复研究的热点之一。 Fe 还原水体中 NO 3的反应原理如图所示。 (1)作负极的物质是_。 (2)正极的电极反应式是_。 答案 (1)铁 (2)NO 38e 10H=NH 43H2O 8.如图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为 320 左右，电池的反应式为 2Na xS=Na2Sx，正极的电极反应式为_。 M(由 Na2O 和 Al2O3制得)的两个作用是_。 答案 xS2e =S2 x(或 2Na xS2e=Na 2Sx) 导电和隔离钠与硫 根据题干信息找出放电粒子正确判断产物根据电子守恒配电子根据电荷守恒配电荷 (注意电解质的环境，酸性溶液还是碱性溶液，还是非水体系)根据质量守恒配原子。