第31講

化學(xué)電源(2024年湖南卷)近年來(lái)，我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.理想的新能源應(yīng)具有資源豐富、可再生、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)B.氫氧燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、清潔等優(yōu)點(diǎn)C.鋰離子電池放電時(shí)鋰離子從負(fù)極脫嵌，充電時(shí)鋰離子從正極脫嵌D.太陽(yáng)能電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

D【真題導(dǎo)入】

(2023·山東卷)利用熱再生氨電池可實(shí)現(xiàn)電鍍CuSO4廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示，甲、乙兩室均預(yù)加相同的CuSO4電鍍廢液，向甲室加入足量氨水后電池開(kāi)始工作。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(）A．甲室Cu電極為負(fù)極B．隔膜為陽(yáng)離子膜C．電池總反應(yīng)為：D．NH3擴(kuò)散到乙室將對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生影響B(tài)【真題導(dǎo)入】

(1)堿性鋅錳干電池總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。電解質(zhì)是

。①負(fù)極

材料：

。電極反應(yīng)：

。②正極

材料：

。電極反應(yīng)：

。Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)22MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－1、一次電池：放電后不可再充電的電池。鋅粉碳棒KOH【考點(diǎn)梳理】

考點(diǎn)1常見(jiàn)的化學(xué)電源

(2)普通鋅錳干電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O。電解質(zhì)是

。①負(fù)極

材料：

。電極反應(yīng)：

；②正極

材料：

。電極反應(yīng)：

；2MnO2

+2e－+2NH4+=Mn2O3+2NH3↑+H2OZn﹣2e-

=Zn2+鋅筒碳棒NH4Cl【考點(diǎn)梳理】

(3)紐扣式鋅銀電池總反應(yīng)：

。電解質(zhì)是

。①負(fù)極

材料：

。電極反應(yīng)：

。②正極

材料：

。電極反應(yīng)：

。KOHZnAg2OZn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2AgZn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－【考點(diǎn)梳理】

(4)金屬鋰一次電池鋰電池是一類(lèi)由金屬鋰或鋰合金為負(fù)極材料、一般使用非水電解質(zhì)溶液的電池。工作時(shí)金屬鋰失去電子被氧化為L(zhǎng)i＋，負(fù)極反應(yīng)均為L(zhǎng)i－e－=Li＋，負(fù)極生成的Li＋經(jīng)過(guò)電解質(zhì)定向移動(dòng)到正極?！究键c(diǎn)梳理】

Li-O2電池：4Li+O2=2Li2O（或2Li+O2=Li2O2）Li-CO2電池：4Li+3CO2=2Li2CO3+CLi-S電池：2Li+S=Li2S（或16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）等）Li-H2O電池：2Li+2H2O=2LiOH+H2↑★電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)技巧方法一：直接書(shū)寫(xiě)方法二：間接書(shū)寫(xiě)第一步，寫(xiě)出電池總反應(yīng)式。第二步，寫(xiě)出電極的正極反應(yīng)式。第三步，負(fù)極反應(yīng)式＝總反應(yīng)式－正極反應(yīng)式。【模型建構(gòu)】

03鉛酸電池04鋰離子電池01鎳氫電池02鎳鎘電池05鈉硫電池新型二次電池不斷研發(fā)【考點(diǎn)梳理】

2、二次電池又稱(chēng)可充電電池或蓄電池，放電后能充電而反復(fù)使用。(1)鉛蓄電池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)①放電時(shí)——原電池總反應(yīng)：

；負(fù)極反應(yīng)：

；正極反應(yīng)：

。=PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)＋2H2O(l)②充電時(shí)——電解池總反應(yīng)：

；陰極反應(yīng)：

；陽(yáng)極反應(yīng)：

。2PbSO4(s)＋2H2O(l)=Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)【考點(diǎn)梳理】

【考點(diǎn)梳理】

負(fù)極：LixCy-xe－=xLi++Cy正極：Li1－xCoO2+xe－+xLi+=LiCoO2放電充電陰極：xLi++Cy+xe－=LixCy

陽(yáng)極：LiCoO2-xe－=Li1－xCoO2+xLi+Li1－xCoO2+LixCyLiCoO2+Cy放電充電★分析二次電池的思維模型【模型建構(gòu)】

燃料電池（Fuelcell），是一種不經(jīng)過(guò)燃燒，將燃料化學(xué)能經(jīng)過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。它和其它電池中的氧化還原反應(yīng)一樣，都是自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)發(fā)出火焰，其化學(xué)能可以直接轉(zhuǎn)化為電能，且廢物排放量很低。其中燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同?！究键c(diǎn)梳理】

3、燃料電池(1)燃料電池的電極材料不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用。(2)常用的燃料:H2、烴(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。(3)常用的電解質(zhì):酸性電解質(zhì)溶液；堿性電解質(zhì)溶液；熔融氧化物；熔融碳酸鹽等?！究键c(diǎn)梳理】

酸性電解質(zhì)溶液O2

+

4H+

+

4e-

=

2H2O堿性電解質(zhì)溶液O2

+

2H2O

+

4e-

=

4OH-固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-)O2+4e-

=2O2-熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)O2+2CO2+4e-

=2CO32-(4)書(shū)寫(xiě)燃料電池電極反應(yīng)式一般分為三步：①先寫(xiě)總反應(yīng)方程式；②再寫(xiě)正極反應(yīng)式；③總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得到負(fù)極反應(yīng)式。氫氧燃料電池酸性電解質(zhì)(如H2SO4溶液)堿性電解質(zhì)(如NaOH溶液)總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

★氫氧燃料電池2H2－4e－

+4OH－=4H2OO2+4e－+

2H2O=4OH－2H2－4e－=4H+O2+4e－+4H+=2H2O2H2+O2=2H2O2H2+O2=2H2O【考點(diǎn)梳理】

★甲烷(CH4)燃料電池甲烷電池酸性電解質(zhì)(如H2SO4溶液)堿性電解質(zhì)(如NaOH溶液)總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

CH4－8e－+2H2O

=CO2+8H+

CH4－8e－+10OH－=CO32－+7H2O2O2+8e－+

8H+=4H2O2O2+8e－+

4H2O=8OH－CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2+2OH－=

CO32－+3H2O【考點(diǎn)梳理】

★甲烷(CH4)燃料電池甲烷電池固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)熔融碳酸鹽電解質(zhì)(如熔融K2CO3)總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O2O2＋8e－

=4O2－CH4＋4CO32－－8e－=5CO2＋2H2O2O2+8e－+

4CO2=4CO32-CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2=CO2+2H2O【考點(diǎn)梳理】

1、微生物燃料電池：微生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置?！究键c(diǎn)梳理】

考點(diǎn)2新型化學(xué)電源

(2019·全國(guó)卷)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)BA.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時(shí)還可提供電能B.陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)：H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C.正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)

2、物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化型電池：根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中，元素化合價(jià)的變化或離子的移動(dòng)(陽(yáng)離子移向正極區(qū)域，陰離子移向負(fù)極區(qū)域)判斷電池的正、負(fù)極，是分析該電池的關(guān)鍵。[2022·遼寧卷]某儲(chǔ)能電池原理如圖。下列說(shuō)法正確的是(

)A．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋B．放電時(shí)Cl－透過(guò)多孔活性炭電極向CCl4中遷移C．放電時(shí)每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上CCl4吸收0.5molCl2D．充電過(guò)程中，NaCl溶液濃度增大A【考點(diǎn)梳理】

3、濃差電池濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢(shì)的一種裝置。兩側(cè)半電池中的特定物質(zhì)有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據(jù)陰離子移向負(fù)極區(qū)域，陽(yáng)離子移向正極區(qū)域判斷電池的正、負(fù)極，這是解題的關(guān)鍵?！究键c(diǎn)梳理】

由兩個(gè)材料相同的金屬或金屬微溶鹽，插入濃度不同的相同電解質(zhì)溶液中構(gòu)成。Ag∣AgNO3(a1)‖AgNO3(a2)∣AgNO3－由高濃度(右)向低濃度（左）擴(kuò)散負(fù)極（A）：Ag-e－=Ag+正極（B）：Ag++e－=Ag反應(yīng)的結(jié)果是濃溶液變稀，稀溶液濃度升高，最終趨于平衡。4、串聯(lián)電池【考點(diǎn)梳理】

【考點(diǎn)梳理】

★“串聯(lián)”類(lèi)裝置的解題流程【模型建構(gòu)】

1、[2024·九省聯(lián)考吉林卷]某生物質(zhì)電池原理如下圖所示，充、放電時(shí)分別得到高附加值的醇和羧酸。下列說(shuō)法正確的(

)D【典例分析】

B【典例分析】

3、[2022·全國(guó)乙卷]Li-O2電池比能量高，在汽車(chē)、航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。近年來(lái)，科學(xué)家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時(shí)，光催化電極產(chǎn)生電子(e－)和空穴(h＋)，驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)(Li＋＋e－=Li)和陽(yáng)極反應(yīng)(Li2O2＋2h＋=2Li＋＋O2)對(duì)電池進(jìn)行充電。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A．充電時(shí)，電池的總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2=2Li＋O2B．充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)C．放電時(shí)，Li＋從正極穿過(guò)離子交換膜向負(fù)極遷移D．放電時(shí)，正極發(fā)生反應(yīng)O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2C【典例分析】

4、[2022·山東卷]設(shè)計(jì)如圖裝置回收金屬鈷。保持細(xì)菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定，借助其降解乙酸鹽生成CO2，將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉(zhuǎn)化為Co2＋，工作時(shí)保持厭氧環(huán)境，并定時(shí)將乙室溶液轉(zhuǎn)移至甲室。已知電極材料均為石墨材質(zhì)，右側(cè)裝置為原電池。下列說(shuō)法正確的是(

)a．裝置工作時(shí)，甲室溶液pH逐漸增大b．裝置工作一段時(shí)間后，乙室應(yīng)補(bǔ)充鹽酸c．乙室電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCoO2＋2H2O＋e－=Li＋＋Co2＋＋4OH－d．若甲室Co2＋減少200mg，乙室Co2＋增加300mg，則此時(shí)已進(jìn)行過(guò)溶液轉(zhuǎn)移bd【典例分析】

5、[2022湖南]海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰-海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．海水起電解質(zhì)溶液作用B．N極僅發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O+2e－═2OH－+H2↑C．玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能D．該鋰-海水電池屬于一次電池【典例分析】

B6、[2022·浙江1月]pH計(jì)是一種采用原電池原理測(cè)量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電極(在特制玻璃薄膜球內(nèi)放置已知濃度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl電極)和另一Ag—AgCl電極插入待測(cè)溶液中組成電池，pH與電池的電動(dòng)勢(shì)E存在關(guān)系：pH＝(E－常數(shù))/0.059。【典例分析】

下列說(shuō)法正確的是(

)A．如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢(shì)低，則該電極反應(yīng)式為：

AgCl(s)＋e－=Ag(s)＋Cl－(0.1mol·L－1)B．玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異不會(huì)引起電動(dòng)勢(shì)的變化C．分別測(cè)定含已知pH的標(biāo)準(zhǔn)溶液和未知溶液的電池的電動(dòng)勢(shì)，可得出未知溶液的pHD．pH計(jì)工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C7、[2021·浙江6月]某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電