2021届高考新 型 化 学 电 源

新 型 化 学 电 源 ——巧解陌生情景的理性思维 一、化学电源发展史 1799年 伏打电堆 1859年 铅蓄电池 1887年 锌锰干电池 20世纪中后期 锂离子电池 与燃料电池 21世纪更多的 新型化学电源 海洋电池 浓差电池 微生物电池 铝离子电池 光化学电池 液态金属电池 等等······ 巧解陌生情景的理性思维 立足题目信息 书写电极反应式 分析数据变化 判断电极类型 分析微粒移动 原电池模型 负载 负 极 正 极 还原剂 失去电子 化合价升高 氧化剂 得到电子 化合价降低 阳离子 阴离子 电子e–转移 1、判断电极类型 [例题1]判断下列新型化学电源中的正负极。 海洋电池 微生物燃料电池 液态金属储能电池 浓差电池 1、判断电极类型 [例题1]判断下列新型化学电源中的正负极。 [依据1]反应物的类别： 还原剂在负极反应，氧化剂在正极反应。 负极 正极 1、判断电极类型 [例题1]判断下列新型化学电源中的正负极。 [依据2]化合价的变化： 负极反应化合价升高，正极反应化合价降低。 正极 负极 1、判断电极类型 [例题1]判断下列新型化学电源中的正负极。 [依据3]电流的流动方向：从正极→沿导线→负极， 电子的流动方向：从负极→沿导线→正极。 负极 正极 1、判断电极类型 [例题1]判断下列新型化学电源中的正负极。 [依据4]离子的移动方向： 阳离子移向正极，阴离子移向负极。 正极 负极 Li+ 2.分析微粒移动 [例题2]现今铝离子电池技术已获重大突破，该电池以Al、 石墨烯Cn为电极，阴离子(AlCl4 –、Al2Cl7 2–)与有机阳离 子组成的离子液体为电解质，总反应可表示为： Al + 3Cn[AlCl4] + 4AlCl4 – 4Al2Cl7 – + 3Cn 下图为该电池的充放电示意图，判断AlCl4 – 分别在放电 和充电过程中的移动方向。 二次电池的充放电模型 充电过程：电解池模型 (负极)电源(正极) 阴 极 阳 极 得到电子 化合价降低 失去电子 化合价升高 阳离子 阴离子 放电过程：原电池模型 负载 负 极 正 极 失去电子 化合价升高 得到电子 化合价降低 阳离子 阴离子 2.分析微粒移动 [例题2]Al + 3Cn[AlCl4] + 4AlCl4 – 4Al2Cl7 – + 3Cn 负极 正极 放电过程 充电过程 AlCl4 –向铝电极移动 AlCl4 –向石墨烯电极移动 阴极 阳极 巧解陌生情景的理性思维 立足题目信息 书写电极反应式 分析数据变化 判断电极类型 分析微粒移动 3、书写电极反应式 [例题3]利用乙烯的催化氧化原理可设计成下图的燃料电 池，能在制备乙醛的同时获得电能，请写出电极a上的电 极反应式。 [例题3] [步骤1]立足题意，理清物质变化 [步骤2]结合介质，平衡电荷数目 [步骤3]原子守恒，补充剩余物质 C2H4 – 2e– → CH3CHO –2 –1 –1 – 2e– C2H4 – 2e– → CH3CHO + 2H+ C2H4 – 2e– + H2O == CH3CHO + 2H+ [三步法] [例题4]利用反应 6NO2 + 8NH3 == 7N2 + 12H2O 构成电池的方法，既能减少氮 氧化物的排放，又能充分利用 化学能，装置如图所示 ， 写出电极B的电极反应式。 [例题5]一种新型电池以液态肼 (N2H4)为燃料，O2为氧化剂， 某固体氧化物为电解质，O2– 可在该电解质中自由移动，反 应生成物均为无毒无害物质， 写出电极甲的电极反应式。 [例题4]利用反应 6NO2 + 8NH3 == 7N2 + 12H2O 构成电池的方法，既能减少氮 氧化物的排放，又能充分利用 化学能，装置如图所示 ， 写出电极B的电极反应式。 [步骤1]立足题意，理清物质变化 [步骤2]结合介质，平衡电荷数目 [步骤3]原子守恒，补充剩余物质 6NO2 + 24e– → 3N2 +4 0 + 24e– 6NO2 + 24e– → 3N2 + 24OH– 6NO2 + 24e– + 12H2O == 3N2 + 24OH– [例题5]一种新型电池以液态肼 (N2H4)为燃料，O2为氧化剂， 某固体氧化物为电解质，O2– 可在该电解质中自由移动，反 应生成物均为无毒无害物质， 写出电极甲的电极反应式。 [步骤1]立足题意，理清物质变化 [步骤2]结合介质，平衡电荷数目 [步骤3]原子守恒，补充剩余物质 N2H4 – 4e– → N2 –2 0 – 4e– N2H4 – 4e– + 2O2– → N2 N2H4 – 4e– + 2O2– == N2↑ + 2H2O 3、书写电极反应式 分析数据变化 [例题6] ①放电时，电极a附近溶液的pH    。 ②放电时，当电路中通过1 mol电子的电量时， 会有    mol的CH3CHO生成。 电极a反应式：C2H4 – 2e– + H2O == CH3CHO + 2H+ 减小 0.5 四、书写电极反应式 分析数据变化 [例题7] ①放电时，电极B附近溶液的pH    。 ②放电时，当电路中通过2 mol电子的电量时， 会有约    L的NO2被消耗（标准状况下）。 增大 11.2 电极B反应式：6NO2 + 24e– + 12H2O == 3N2 + 24OH– [例题8]下图是一种可应用于航天飞行器中的全天候光化学 电池，在有光照和无光照条件下能够发生不同的原电池反 应，光照时左槽室的溶液由绿色逐渐变为紫色，而无光照 情况下会由紫色逐渐变为绿色，已知： V2+为紫色，V3+为绿色，VO2+为蓝色，VO2 +为黄色。 请分析该电池分别在光照时和无光照情况下的： 电极正负、H+的移动方向、电极反应式、相关数据变化 [例题8] 光照时左槽室的溶液由绿色逐渐变为紫色， 而无光照情况下会由紫色逐渐变为绿色， V2+紫色 V3+绿色 VO2+蓝色 VO2 +黄色 ①光照时，电极a为  极，电极b为  极。 ②无光照，电极a为  极，电极b为  极。 正 负 负 正 V3+→V2+，得电子 V2+→V3+，失电子 [例题8] 光照时左槽室的溶液由绿色逐渐变为紫色， 而无光照情况下会由紫色逐渐变为绿色， V2+紫色 V3+绿色 VO2+蓝色 VO2 +黄色 ③光照时，H+向电极  移动。 ④无光照，H+向电极  移动。 a b 光照时，电极a为正极，电极b为负极。 无光照，电极a为负极，电极b为正极。 [例题8] 光照时左槽室的溶液由绿色逐渐变为紫色， 而无光照情况下会由紫色逐渐变为绿色， V2+紫色 V3+绿色 VO2+蓝色 VO2 +黄色 ⑤光照时 ⑥无光照 电极a： 电极b： 电极a： 电极b： V3+ + e– == V2+ V2+ – e– == V3+ VO2+ – e– + H2O == VO2 + + 2H+ VO2 + + e– + 2H+ == VO2+ + H2O [例题8] 光照时左槽室的溶液由绿色逐渐变为紫色， 而无光照情况下会由紫色逐渐变为绿色， V2+紫色 V3+绿色 VO2+蓝色 VO2 +黄色 ⑦光照时，电极b附近溶液的pH    。 ⑧无光照，电极b附近溶液的pH    。 减小 增大 VO2+ – e– + H2O == VO2 + + 2H+ VO2 + + e– + 2H+ == VO2+ + H2O 直击高考 1.我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na–CO2二次电池。 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： 3CO2 + 4Na 2Na2CO3 + C。下列说法错误的是（  ） A. 放电时，ClO4 –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：3CO2 + 4e– == 2CO3 2– + C D. 充电时，正极反应为：Na+ + e– == Na D 直击高考 2.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示， 其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li + xS8 == 8Li2Sx（2≤x≤8）。下列说法错误的是（  ） A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6 + 2Li+ + 2e– = 3Li2S4 B．电池工作时，外电路流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C．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 D