第第頁第四章第一節(jié)第3課時(shí)新型化學(xué)電源學(xué)案（含答案）—2023-2024學(xué)年（人教版2023）高中化學(xué)選擇性必修1第3課時(shí)新型化學(xué)電源

[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]

1.建立原電池工作的思維模型，能解決新型化學(xué)電源在新情境下的放電問題。

2.感悟研制新型化學(xué)電源的重要性以及可能會(huì)引起的環(huán)境問題，形成較為客觀且正確的能源觀，提高開發(fā)潔凈清潔燃料的意識(shí)。

1．常見考查方向

①電極的判斷，②電子或電流的流向，③溶液中離子的移向，④電極的反應(yīng)類型，⑤pH的變化，⑥電子的轉(zhuǎn)移數(shù)目，⑦電極反應(yīng)式的書寫。

2．新型電池中正、負(fù)極的判斷方法

特別提醒判斷一個(gè)原電池中的正、負(fù)極，最根本的方法是失電子(發(fā)生氧化反應(yīng))的一極是負(fù)極，得電子(發(fā)生還原反應(yīng))的一極是正極。如果給出一個(gè)化學(xué)方程式判斷正、負(fù)極，可以直接根據(jù)化合價(jià)的升降來判斷，化合價(jià)升高、發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極，化合價(jià)降低、發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。

一、濃差電池

1．(2022·廣州高二期末)溶質(zhì)由高濃度向低濃度擴(kuò)散而引發(fā)的一類電池稱為濃差電池。如圖是由Ag電極和硝酸銀溶液組成的電池(c1<c2)，工作時(shí)，A電極的質(zhì)量不斷減輕，下列說法正確的是()

A．此處應(yīng)該用陽離子交換膜

B．B極為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)

C．若外電路通過0.1mol電子，則右側(cè)溶液質(zhì)量減輕10.8g

D．原電池的總反應(yīng)不一定是氧化還原反應(yīng)

二、膜電池

2．(2022·杭州高二月考)如圖裝置是一種微生物脫鹽電池的裝置，它可以通過處理有機(jī)廢水(以含CH3COO－的溶液為例)獲得電能，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)海水淡化。已知a、b電極為惰性電極，X、Y均為離子交換膜，下列說法錯(cuò)誤的是()

A．X、Y依次為陰離子、陽離子選擇性交換膜

B．a(chǎn)極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，產(chǎn)生的H＋向b極移動(dòng)

C．b極為正極

D．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，在b極室可以生成40gNaOH

三、其他常見的新型化學(xué)電源

3．(2023·全國卷Ⅲ，12)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)空氣電池如圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。該電池工作時(shí)，下列說法錯(cuò)誤的是()

A．負(fù)載通過0.04mol電子時(shí)，有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)

B．正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高

C．電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO

D．電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極

4．(2023·溫州質(zhì)檢)鋅空氣二次電池在柔性能源方面應(yīng)用較多，是各類新能源電池中備受關(guān)注的儲(chǔ)能設(shè)備之一。一種強(qiáng)堿性鋅空氣電池工作示意圖如下，下列說法正確的是()

A．電流從Zn電極流出

B．OH－向氣體擴(kuò)散電極移動(dòng)

C．隔膜應(yīng)為氫離子選擇性膜

D．負(fù)極區(qū)的反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－===Zn，Zn===ZnO＋2OH－＋H2O

5．(2022·連云港高二期末)利用微電池技術(shù)去除天然氣中的H2S并生成FeS的裝置如圖所示，下列說法不正確的是()

A．微電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋

B．去除過程發(fā)生的總反應(yīng)為2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O

C．通入氣體一段時(shí)間后，去除速率降低的可能原因是鐵減少，形成微電池的數(shù)量減少

D．該裝置使用一段時(shí)間后，內(nèi)部有大量的鐵銹產(chǎn)生

6．(2022·北京東城高二期末)熱激活電池是一種需要達(dá)到啟動(dòng)溫度才開始工作的電池。一種熱激活電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其放電后的產(chǎn)物為Li7Si3和LiMn2O4。已知：LiCl和KCl混合物的熔點(diǎn)與KCl的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖2所示。

下列說法不正確的是()

A．放電時(shí)，Li＋向b極區(qū)移動(dòng)

B．放電時(shí)，a極的電極反應(yīng)是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋

C．該電池中火藥燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能

D．調(diào)節(jié)混合物中KCl的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)可以改變電池的啟動(dòng)溫度

第3課時(shí)新型化學(xué)電源

[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.建立原電池工作的思維模型，能解決新型化學(xué)電源在新情境下的放電問題。2.感悟研制新型化學(xué)電源的重要性以及可能會(huì)引起的環(huán)境問題，形成較為客觀且正確的能源觀，提高開發(fā)潔凈清潔燃料的意識(shí)。

1．常見考查方向

①電極的判斷，②電子或電流的流向，③溶液中離子的移向，④電極的反應(yīng)類型，⑤pH的變化，⑥電子的轉(zhuǎn)移數(shù)目，⑦電極反應(yīng)式的書寫。

2．新型電池中正、負(fù)極的判斷方法

特別提醒判斷一個(gè)原電池中的正、負(fù)極，最根本的方法是失電子(發(fā)生氧化反應(yīng))的一極是負(fù)極，得電子(發(fā)生還原反應(yīng))的一極是正極。如果給出一個(gè)化學(xué)方程式判斷正、負(fù)極，可以直接根據(jù)化合價(jià)的升降來判斷，化合價(jià)升高、發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極，化合價(jià)降低、發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。

一、濃差電池

1．(2022·廣州高二期末)溶質(zhì)由高濃度向低濃度擴(kuò)散而引發(fā)的一類電池稱為濃差電池。如圖是由Ag電極和硝酸銀溶液組成的電池(c1<c2)，工作時(shí)，A電極的質(zhì)量不斷減輕，下列說法正確的是()

A．此處應(yīng)該用陽離子交換膜

B．B極為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)

C．若外電路通過0.1mol電子，則右側(cè)溶液質(zhì)量減輕10.8g

D．原電池的總反應(yīng)不一定是氧化還原反應(yīng)

答案D

解析由題意知，A電極質(zhì)量不斷減輕，故發(fā)生反應(yīng)：Ag－e－===Ag＋，則A極為負(fù)極，B極為正極，負(fù)極區(qū)Ag＋濃度增大，正極區(qū)Ag＋得電子生成Ag，電極反應(yīng)為Ag＋＋e－===Ag，正極區(qū)Ag＋濃度減小，濃差電池中溶質(zhì)由高濃度向低濃度擴(kuò)散，故正極區(qū)NO經(jīng)過離子交換膜移向負(fù)極，此處離子交換膜為陰離子交換膜，A、B錯(cuò)誤；正極發(fā)生反應(yīng)：Ag＋＋e－===Ag，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.1mol電子時(shí)，溶液中減少0.1molAg＋，同時(shí)正極有0.1molNO移向負(fù)極區(qū)，故右側(cè)溶液減少質(zhì)量為0.1mol×108g·mol－1＋0.1mol×62g·mol－1＝17g，C錯(cuò)誤；負(fù)極的電極反應(yīng)式為Ag－e－===Ag＋，正極的電極反應(yīng)式為Ag＋＋e－===Ag，總反應(yīng)屬于非氧化還原反應(yīng)，D正確。

二、膜電池

2．(2022·杭州高二月考)如圖裝置是一種微生物脫鹽電池的裝置，它可以通過處理有機(jī)廢水(以含CH3COO－的溶液為例)獲得電能，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)海水淡化。已知a、b電極為惰性電極，X、Y均為離子交換膜，下列說法錯(cuò)誤的是()

A．X、Y依次為陰離子、陽離子選擇性交換膜

B．a(chǎn)極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，產(chǎn)生的H＋向b極移動(dòng)

C．b極為正極

D．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，在b極室可以生成40gNaOH

答案B

解析根據(jù)圖示可知，在a極上CH3COO－失去電子被氧化生成CO2和H＋，碳元素化合價(jià)升高，被氧化，所以a極為該原電池的負(fù)極，則b極為正極。為了實(shí)現(xiàn)海水的淡化，海水中的氯離子需要移向負(fù)極，即a極，則隔膜X為陰離子交換膜，鈉離子需要移向正極，即b極，則隔膜Y為陽離子交換膜，A正確；a極為負(fù)極，C失去電子被氧化生成CO2，同時(shí)產(chǎn)生H＋，則結(jié)合電荷守恒可得電極反應(yīng)式為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，由于隔膜X是陰離子交換膜，所以阻礙生成的H＋向正極移動(dòng)，B錯(cuò)誤；當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，會(huì)有1molNa＋進(jìn)入b極室形成1molNaOH，其質(zhì)量是40g，D正確。

三、其他常見的新型化學(xué)電源

3．(2023·全國卷Ⅲ，12)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)-空氣電池如圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。該電池工作時(shí)，下列說法錯(cuò)誤的是()

A．負(fù)載通過0.04mol電子時(shí)，有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)

B．正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高

C．電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO

D．電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極

答案B

解析根據(jù)VB2電極發(fā)生的反應(yīng)：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判斷得出VB2電極為負(fù)極，復(fù)合碳電極為正極，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正確；負(fù)載通過0.04mol電子時(shí)，有0.01mol氧氣參與反應(yīng)，即標(biāo)準(zhǔn)狀況下有0.224L氧氣參與反應(yīng)，A正確；負(fù)極區(qū)消耗OH－，溶液的pH降低，正極區(qū)生成OH－，溶液的pH升高，B錯(cuò)誤。

4．(2023·溫州質(zhì)檢)鋅-空氣二次電池在柔性能源方面應(yīng)用較多，是各類新能源電池中備受關(guān)注的儲(chǔ)能設(shè)備之一。一種強(qiáng)堿性鋅空氣電池工作示意圖如下，下列說法正確的是()

A．電流從Zn電極流出

B．OH－向氣體擴(kuò)散電極移動(dòng)

C．隔膜應(yīng)為氫離子選擇性膜

D．負(fù)極區(qū)的反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－===Zn，Zn===ZnO＋2OH－＋H2O

答案D

解析該裝置為原電池裝置，右邊電極中Zn元素的化合價(jià)升高，為負(fù)極，氣體擴(kuò)散電極為正極，電流從氣體擴(kuò)散電極流出，A錯(cuò)誤；根據(jù)原電池工作原理，OH－向負(fù)極移動(dòng)，即向Zn電極移動(dòng)，B錯(cuò)誤；負(fù)極反應(yīng)式為Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，隔膜應(yīng)為氫氧根離子選擇性膜，C錯(cuò)誤；負(fù)極反應(yīng)式：Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，Zn(OH)再分解成ZnO，離子方程式為Zn===ZnO＋2OH－＋H2O，D正確。

5．(2022·連云港高二期末)利用微電池技術(shù)去除天然氣中的H2S并生成FeS的裝置如圖所示，下列說法不正確的是()

A．微電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋

B．去除過程發(fā)生的總反應(yīng)為2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O

C．通入氣體一段時(shí)間后，去除速率降低的可能原因是鐵減少，形成微電池的數(shù)量減少

D．該裝置使用一段時(shí)間后，內(nèi)部有大量的鐵銹產(chǎn)生

答案D

解析根據(jù)題中信息可知，鐵生成FeS，鐵元素的化合價(jià)升高，鐵作負(fù)極，其電極反應(yīng)式為Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋，A正確；氧氣在正極上發(fā)生反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，總反應(yīng)為2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O，B正確；通入氣體一段時(shí)間后，去除速率降低，可能原因是產(chǎn)生的FeS附著在鐵表面，阻礙反應(yīng)進(jìn)行，也可能是鐵減少，形成微電池的數(shù)量減少，C正確；鐵銹主要成分為Fe2O3，根據(jù)此裝置的總反應(yīng)可知，鐵主要被氧化成FeS，D錯(cuò)誤。

6．(2022·北京東城高二期末)熱激活電池是一種需要達(dá)到啟動(dòng)溫度才開始工作的電池。一種熱激活電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其放電后的產(chǎn)物為Li7Si3和LiMn2O4。已知：LiCl和KCl混合物的熔點(diǎn)與KCl的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖2所示。

下列說法不正確的是()

A．放電時(shí)，Li＋向b極