第7章化學(xué)反應(yīng)與能量第35講新型化學(xué)電源課件--2025年高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)考點(diǎn)課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

第35講　新型化學(xué)電源
1.了解?？夹滦突瘜W(xué)電源的類型，會(huì)分析新型化學(xué)電源的工作原理。2.能根據(jù)原電池原理正確書寫新型化學(xué)電源的電極反應(yīng)式。
考點(diǎn)一　鋰電池與鋰離子電池?1.鋰電池鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金負(fù)極材料和非水電解質(zhì)溶液組成的電池。鋰電池的負(fù)極材料是金屬鋰或鋰合金，工作時(shí)金屬鋰失去電子被氧化為Li＋，負(fù)極反應(yīng)均為Li－e－===Li＋，負(fù)極生成的Li＋經(jīng)過電解質(zhì)溶液定向移動(dòng)到正極。
2.鋰離子二次電池(1)鋰離子電池基于電化學(xué)“嵌入/脫嵌”反應(yīng)原理，替代了傳統(tǒng)的“氧化—還原”理念；充放電時(shí)，Li＋可以從電極材料提供的“空間”中“嵌入”或“脫嵌”。(2)鋰離子電池充電時(shí)陰極反應(yīng)一般為6C＋xLi＋＋xe－===LixC6；放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)是充電時(shí)陰極反應(yīng)的逆過程：LixC6－xe－===6C＋xLi＋。(3)鋰離子電池的正極材料一般為含Li＋的化合物，目前已商業(yè)化的正極材料有LiFePO4、LiCO2、LiMn2O4等。
1.(2024·湛江統(tǒng)考)下圖是我國發(fā)明的超大容量鋰硫電池的工作原理示意圖。下列說法不正確的是(　　)?A．放電時(shí)，該電池中電子通過外電路、Li＋通過內(nèi)電路，均移向正極B．正極的電極反應(yīng)為S8＋16e－＋16Li＋===8Li2SC．該電池的電解質(zhì)為非水體系，通過傳遞Li＋形成電流D．充電時(shí)，金屬鋰片上發(fā)生氧化反應(yīng)
解析：放電時(shí)，金屬鋰片為負(fù)極，Li元素化合價(jià)升高、失電子、發(fā)生氧化反應(yīng)；充電時(shí)，金屬鋰片連接電源的負(fù)極，為陰極，Li＋得電子、發(fā)生還原反應(yīng)。放電時(shí)，該電池中電子通過外電路，Li＋通過內(nèi)電路，均移向正極，A正確；正極上S8得到電子，轉(zhuǎn)化為Li2S，電極反應(yīng)為S8＋16e－＋16Li＋===8Li2S，B正確；鋰能與水反應(yīng)，電池中電解質(zhì)溶液不能為水溶液，該電池的電解質(zhì)為非水體系，通過傳遞Li＋形成電流，C正確；充電時(shí)，金屬鋰片為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，D錯(cuò)誤。
A．LiPON薄膜在充放電過程中質(zhì)量發(fā)生變化B．導(dǎo)電介質(zhì)c可為Li2SO4溶液C．放電時(shí)b極為正極，電極反應(yīng)為Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2D．充電時(shí)，當(dāng)外電路通過0.2 ml電子時(shí)，非晶硅薄膜上質(zhì)量減少1.4 g
B項(xiàng)，由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故導(dǎo)電介質(zhì)c中不能有水，不能為Li2SO4溶液，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，放電時(shí)b極為正極，電極反應(yīng)為Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2，C正確；D項(xiàng)，充電時(shí)，a極為陰極，電極反應(yīng)為xLi＋＋xe－＋Si===LixSi，當(dāng)外電路通過0.2 ml電子時(shí)，非晶硅薄膜上質(zhì)量增加0.2 ml×7 g·ml－1＝1.4 g，D錯(cuò)誤。
考點(diǎn)二　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)化合物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其基本工作原理是在負(fù)極室厭氧環(huán)境下，有機(jī)化合物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和負(fù)極之間進(jìn)行有效傳遞，并通過外電路傳遞到正極形成電流，而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜傳遞到正極，氧化劑(一般為氧氣)在正極得到電子被還原與質(zhì)子結(jié)合成水。
1.(2024·汕頭金禧中學(xué)高三月考)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如下圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯(cuò)誤的是(　　)A．正極反應(yīng)中有CO2生成B．微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移C．質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)D．電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
解析：A．由題圖可知，負(fù)極上C6H12O6失電子和H2O反應(yīng)生成CO2和H＋，電極反應(yīng)式為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，正極上O2得電子和H＋反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故CO2在負(fù)極產(chǎn)生，故A錯(cuò)誤；B．葡萄糖在微生物的作用下分解，此過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，形成原電池，有電流產(chǎn)生，故微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移，故B正確；C．由A項(xiàng)分析可知，負(fù)極區(qū)產(chǎn)生了H＋，根據(jù)原電池中陽離子向正極移動(dòng)可知，質(zhì)子(H＋)通過質(zhì)子交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)，故C正確；D．電池總反應(yīng)式為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正確。
解析：A．由題圖可知，處理廢水過程中，附著微生物的石墨電極上反應(yīng)物為CH4，生成物為CO2，C元素化合價(jià)從－4 價(jià)升高為＋4價(jià)，失去電子，為負(fù)極，A項(xiàng)正確；B．微生物在高溫下會(huì)死亡，所以處理廢水時(shí)，不宜在高溫下進(jìn)行，B項(xiàng)正確；??D．在附著微生物的石墨電極上CH4被氧化為CO2氣體，電極反應(yīng)式為CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋，溶液pH減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
考點(diǎn)三　液流循環(huán)電池?　　液流循環(huán)電池是正、負(fù)極電解質(zhì)溶液分開、各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領(lǐng)域(環(huán)境)廣、循環(huán)使用壽命長的特點(diǎn)。它通過正、負(fù)極電解質(zhì)溶液活性物質(zhì)發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)(即價(jià)態(tài)的可逆變化)實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。充電時(shí)，陽極(正極)發(fā)生氧化反應(yīng)使活性物質(zhì)價(jià)態(tài)升高，陰極(負(fù)極)發(fā)生還原反應(yīng)使活性物質(zhì)價(jià)態(tài)降低，放電過程與之相反。與一般固態(tài)電池不同的是，液流電池的正極和(或)負(fù)極電解質(zhì)溶液儲(chǔ)存于電池外部的儲(chǔ)罐中，通過泵和管路輸送到電池內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng)。
根據(jù)題圖可知，電池工作時(shí)，膜a、膜b之間生成NaOH，膜a為陽離子交換膜，膜b為陰離子交換膜，故B錯(cuò)誤；連接電源時(shí)，陽極反應(yīng)式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，電路中通過2 ml電子，消耗2 ml NaOH，所以消耗NaOH的質(zhì)量為80 g，故D錯(cuò)誤。
2.(2024·佛山順德區(qū)高三質(zhì)檢)2023年我國首個(gè)兆瓦級(jí)鐵鉻液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目在內(nèi)蒙古成功運(yùn)行。電池利用溶解在鹽酸中的鐵、鉻離子價(jià)態(tài)差異進(jìn)行充放電，工作原理如下圖所示。下列有關(guān)敘述不正確的是(　　)A．陰極在充電過程中可能會(huì)產(chǎn)生H2B．接輸電網(wǎng)時(shí)，a極的電極電勢(shì)高于b極的C．充電時(shí)，陽極的電極反應(yīng)為Fe2＋－e－===Fe3＋D．放電時(shí)，每1 ml Cl－移向b極，c(Fe3＋)減少1 ml/L
解析：由題圖可知，充電時(shí)，左側(cè)亞鐵離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鐵離子，a為陽極；右側(cè)三價(jià)鉻離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成二價(jià)鉻離子，b為陰極；放電時(shí)該裝置為原電池。A．陰極在充電過程中，氫離子可能得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成H2，A正確；B．由分析可知，a為陽極，接輸電網(wǎng)的正極，a極的電極電勢(shì)高于b極的，B正確；C．由分析可知，充電時(shí)，陽極上Fe2＋失電子生成Fe3＋，電極反應(yīng)為Fe2＋－e－===Fe3＋，C正確；D．放電時(shí)，該裝置為原電池，陰離子向負(fù)極(b極)移動(dòng)，故每1 ml Cl－移向b極，就有1 ml鐵離子參與反應(yīng)，但溶液體積未知，故不確定鐵離子減少的濃度，D錯(cuò)誤。
考點(diǎn)四　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。
1.濃差電池中的電動(dòng)勢(shì)是由于電池中存在濃度差而產(chǎn)生的。某濃差電池的工作原理示意圖如下，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時(shí)又獲得了電能。下列有關(guān)該電池的說法錯(cuò)誤的是(　　)A．電池工作時(shí)，Li＋通過離子導(dǎo)體移向Y極區(qū)B．電流由X極通過外電路流向Y極C．正極發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑D．Y極每生成1 ml Cl2，X極區(qū)得到 2 ml LiCl
解析：X極上H＋發(fā)生還原反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑，X極為正極，Y極上Cl－發(fā)生氧化反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑，Y極是負(fù)極，電池工作時(shí)，Li＋通過離子導(dǎo)體移向X極區(qū)，A項(xiàng)錯(cuò)誤、C項(xiàng)正確；在外電路中電流由正極流向負(fù)極，B項(xiàng)正確；Y極每生成1 ml Cl2，轉(zhuǎn)移2 ml電子，有2 ml Li＋向正極移動(dòng)，故X極區(qū)得到2 ml LiCl，D項(xiàng)正確。
2.利用同種氣體在兩極濃度不同而產(chǎn)生電勢(shì)差可設(shè)計(jì)成氣體濃差電池，利用濃差電池可測(cè)定混合氣體中某氣體含量。實(shí)驗(yàn)室通過氧氣濃差電池測(cè)定空氣中氧氣含量的工作原理示意圖如下，其中在參比電極上通入純氧氣，測(cè)量電極上通入空氣。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A．熔融ZrO2、CaO混合物可用于傳遞O2－B．工作時(shí)，電子由測(cè)量電極經(jīng)外電路流向參比電極C．工作時(shí)，用初期讀數(shù)計(jì)算所得空氣中氧氣含量更準(zhǔn)確D．相同壓強(qiáng)下，電勢(shì)差越大，空氣中氧氣含量越高
解析：A．純氧氣在反應(yīng)中得到電子發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為O2－，故參比電極為正極，負(fù)極上O2－失電子生成氧氣，熔融金屬氧化物電離出的氧離子向負(fù)極定向移動(dòng)可用于傳遞O2－，A正確；B．電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，故工作時(shí)，電子由測(cè)量電極經(jīng)外電路流向參比電極，B正確；C．由工作原理知，負(fù)極上氧離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)會(huì)不斷生成氧氣，混合氣體中氧氣濃度增大，故用初期讀數(shù)計(jì)算所得空氣中氧氣含量更準(zhǔn)確，C正確；D．兩極氧氣濃度差越大，兩極電勢(shì)差越大，故相同壓強(qiáng)下，電勢(shì)差越大，空氣中氧氣含量越低，D錯(cuò)誤。
1.(2022·新高考湖南卷)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)造示意圖如圖，下列說法錯(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
2.(2022·新高考廣東卷)科學(xué)家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲(chǔ)能設(shè)備(如圖)。充電時(shí)電極a的反應(yīng)為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是(　　)A．充電時(shí)電極b是陰極B．放電時(shí)NaCl溶液的pH減小C．放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大D．每生成1 ml Cl2，電極a質(zhì)量理論上增加23 g
解析：由充電時(shí)電極a的反應(yīng)可知，電極a上發(fā)生還原反應(yīng)，電極a為陰極，電極b為陽極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)，負(fù)極上Na3Ti2( PO4)3發(fā)生氧化反應(yīng)釋放出Na＋，正極上Cl2發(fā)生還原反應(yīng)生成Cl－，NaCl溶液的濃度增大，但溶液一直呈中性，故放電時(shí)NaCl溶液的pH不變，B項(xiàng)錯(cuò)誤、C項(xiàng)正確；充電時(shí)，每生成1 ml Cl2，轉(zhuǎn)移2 ml電子，由題干電極a的反應(yīng)可知，有2 ml Na＋參與反應(yīng)，電極a質(zhì)量理論上增加46 g，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.(2022·高考全國乙卷)Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好應(yīng)用前景。近年來，科學(xué)家研究了一種光照充電Li-O2電池結(jié)構(gòu)，如下圖所示。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Li2O2===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－===Li2O2

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