新型化学电源题目的解题技巧学案

新型化学电源题目的解题技巧探究任务依据原电池工作原理，分析认识新型化学电源，增强科技意识。提升科学态度与社会责任的化学核心素养。1．新型电池的正、负极的判断由反响物、反响产物或反响方程式，根据元素的常规价态去判断即可：新型电池中eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(负极材料\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(元素化合价升高的物质,发生氧化反响的物质)),正极材料\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(元素化合价降低的物质,发生复原反响的物质))))2．新型电池的电极反响式书写步骤第一步：分析物质得失电子情况，据此确定正极、负极上发生反响的物质。第二步：分析电极反响生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反响。第三步：写出比拟容易书写的电极反响式。第四步：假设有总反响式，可用总反响式减去第三步中的电极反响式，即得另一极的电极反响式。3．新型电池充、放电对阴极、阳极的判断首先应弄明白原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，正极接阳极、负极接阴极的原理进行分析。充电时的电极反响是放电时电极反响的逆过程。4．新型电池充、放电时电解质溶液中离子移动方向首先应分清电池是放电还是充电，放电时为原电池，再判断出正、负极。原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，进而确定离子的移动方向。【例题】我国科学家研制了一种新型的高比能量锌—碘溴液流电池，其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。以下表达不正确的选项是()A．放电时，a电极反响为I2Br－＋2e－=2I－＋Br－B．放电时，溶液中离子的数目增大C．放电时，b电极每减少0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化D．放电时，a电极作正极C[根据图像可知，放电时，b极锌失电子生成锌离子，作电池的负极；a极I2Br－得电子生成溴离子和碘离子。放电时，a电极作正极，I2Br－得电子生成溴离子和碘离子，反响为I2Br－＋2e－=2I－＋Br－，A、D正确；放电时，负极：Zn－2e－=Zn2＋，正极：I2Br－＋2e－=2I－＋Br－，溶液中离子的数目增大，B正确；放电时，b电极发生Zn－2e－=Zn2＋，每减少0.65g，即减少0.01molZn，那么转移0.02mol电子，a电极发生I2Br－＋2e－=2I－＋Br－，溶液中有0.02molI－生成，C错误。]1．某海军航空站安装了一台250kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供给电和水蒸气，其工作温度为600～700℃，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，该电池的总反响式为2H2＋O2=2H2O，负极反响式为2H2＋2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))－4e－=2H2O＋2CO2，那么以下推断中正确的选项是()A．正极反响式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2OB．该电池的电极没有参加反响C．电池供给1mol水蒸气，转移的电子数为4molD．O2从正极通入，发生氧化反响B[该电池为氢氧燃料电池，负极是H2，发生氧化反响，正极是O2，发生复原反响，D项错误；燃料电池电极本身不参加反响，B项正确；由总反响式可知，电池供给1mol水蒸气，转移的电子数为2mol，C项错误；由总反响式减去负极反响式得正极反响式：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))，A项错误。]2．锂—铜空气燃料电池(如图)容量高、本钱低，该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象〞产生电力，其中放电过程为：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－，以下说法错误的选项是()A．整个反响过程中，氧化剂为O2B．放电时，正极的电极反响式为：Cu2O＋H2O＋2e－=2Cu＋2OH－C．放电时，当电路中通过0.1mol电子的电量时，有0.1molLi＋透过固体电解质向Cu极移动，有标准状况下1.12L氧气参与反响D．通空气时，铜被腐蚀，外表产生Cu2OC[该电池工作过程中，通入空气将Cu腐蚀生成Cu2O，Cu2O在正极放电又被复原成Cu，整个过程中，氧化剂为O2，A、D项正确；放电时正极的电极反响式为：Cu2O＋2e－＋H2O=2Cu＋2OH－，B项正确；放电时负极反响式为：Li－e－=Li＋，电路中通过0.1mol电子生成0.1molLi＋，Li＋透过固体电解质向Cu极移动，反响中消耗O2的物质的量为eq\f(0.1mol,4)＝0.025mol，在标准状况下O2的体积为0.025mol×22.4L·mol－1＝0.56L，C项错误。]“绿水青山就是金山银山〞，利用原电池原理治理各种污染是科研工作人员致力研究的重要课题之一。1．硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国最近在太阳能光电催化－化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如下图。(1)指出a极和b极的名称，并写出电极反响式。(2)结合离子方程式分析H2S气体去除的原理。(3)在工作过程中a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液吗？提示：(1)从图示可以看出电子从a极出发，故a极为负极，电极反响式为Fe2＋－e－=Fe3＋；b极为正极，电极反响式为2H＋＋2e－=H2↑。(2)除去H2S的过程涉及两个反响步骤，第一步Fe2＋在电极上发生反响Fe2＋－e－=Fe3＋；第二步，生成的铁离子氧化硫化氢生成硫单质，离子方程式为2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋S↓＋2H＋。(3)不需要。2．氮的氧化物是造成大气污染的主要物质，当前氮的氧化物的污染日趋严重。氮的氧化物的主要来源之一为汽车尾气，某科研小组设想将汽车尾气(NO、NO2)转化为重要的化工原料HNO3，其原理如下图，其中A、B为多孔材料。写出两电极的电极反响式，假设电池消耗标准状况下的2.24LO2，那么通过质子交换膜的H＋的物质的量是多少？提示：电极A上通入的是尾气(NO、NO2)，故电极反响式为NO＋2H2O－3e－=NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋4H＋、NO2＋H2O－e－=NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋2H＋，电极B上通入O2，电极反响式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O。电池消耗标准状况下的2.24LO2时转移电子的物质的量为0.1mol×4＝0.4mol，根据电子守恒规律可以得出通过质子交换膜的H＋的物质的量为0.4mol。3．碳排放是影响气候变化的重要因素之一。(1)最近，科学家开发出一种新系统，“溶解〞水中的二氧化碳，以触发电化学反响，生成电能和氢气，其工作原理如下图。写出生成氢气的电极反响式和此电池的总方程式。(2)国内最新研究，实现CO2的固定和储能的多功能电化学反响装置，如下图。该装置充放电过程并不完全可逆，即充电过程C不参与反响。放电过程反响方程式为4Li＋3CO2=2Li2CO3＋C。写出放电时正极的电极反响式。充电时电极A应接外接电源的正极还是负极？提示：(1)氢气在b电极产生，其电极反响式为2CO2＋2H2O＋2e－=2HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋H2，a电极反响式为Na－e－=Na＋，因此电池的总反响式为2Na＋2CO2＋2H2O=2NaHCO3＋H2。(2)放电过程为原电池，根据放电过程反响方程式为4Li＋3CO2=2Li2CO3＋C，正极上二氧化碳得到电子生成Li2CO3和C，电极反响式为4Li＋＋3CO2＋4e－=2Li2CO3＋C。电极A的材料是金属锂，为电池的负极，因此充电时应接外接电源的负极。通过对本情境各种原电池(化学电源)的工作原理的探究，提升了证据推理与模型认知的化学核心素养。1．有一种锂电池，用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯()中形成的，电池总反响方程式为8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。以下表达正确的选项是()A．电解质溶液中混入水，对电池反响无影响B．金属锂作电池的正极，石墨作电池的负极C．在电池工作过程中，亚硫酰氯(SOCl2)被复原为Li2SO3D．在电池工作过程中，金属锂提供的电子与正极析出硫的物质的量之比为4∶1D[Li的化学性质活泼，易与水发生反响：2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，故电解质溶液应为非水溶液，A项错误；由电池总反响式可知，Li失电子，作电池的负极，石墨作电池的正极，B项错误；电池工作过程中，SOCl2被复原为S，C项错误；由电池总反响式知，8molLi参与反响，提供8mol电子，同时在正极析出2molS，D项正确。]2．一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极，插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反响为2C2H6＋7O2＋8KOH=4K2CO3＋10H2O，有关此电池的推断正确的选项是()A．放电一段时间后，负极周围溶液的pH增大B．正极反响式为14H2O＋7O2＋28e－=28OH－C．每消耗1molC2H6，那么电路中转移12mol电子D．放电过程中KOH溶液的物质的量浓度不变B[负极发生氧化反响，电极反响式为C2H6＋18OH－－14e－=2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋12H2O，负极消耗OH－，负极周围溶液的pH减小，A错误；正极发生复原反响，电极反响式为2H2O＋O2＋4e－=4OH－，B正确；由负极反响式可知每消耗1molC2H6，电路中转移14mol电子，C错误；该电池总反响为2C2H6＋7O2＋8KOH=4K2CO3＋10H2O，KOH参加反响，物质的量减少，且有水生成，所以KOH溶液的物质的量浓度减小，D错误。]3．铁铬氧化复原液流电池是一种低本钱的储能电池，电池结构如下图，工作原理为Fe3＋＋Cr2＋eq\o(,\s\up9(放电),\s\do11(充电))Fe2＋＋Cr3＋。以下说法一定正确的选项是()A．电池充电时，b极的电极反响式为Cr3＋＋e－=Cr2＋B．电池放电时，b极的电极反响式为Fe2＋－e－=Fe3＋C．电池放电时，Cl－从b极穿过选择性透过膜移向a极D．电池放电时，电路中每通过0.1mol电子，Fe3＋浓度降低0.1mol·L－1A[解此题的关键是要知道放电过程为原电池工作原理，充电过程为电解池工作原理，结合原理示意图确定电极反响。放电时负极b发生氧化反响：Cr2＋－e－=Cr3＋，充电时该电极发生复原反响：Cr3＋＋e－=Cr2＋，A项正确、B项错误；放电时阴离子向负极b移动，C项错误；电池放电时，电路中每通过0.1mol电子，Fe3＋的物质的量减少0.1mol，D项错误。]4．设计出燃料电池使汽油(主要成分为C5H12)氧化直接产生电流是21世纪富有挑战性的课题。有人设计了一种固体燃料电池，以固体氧化铝—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2－在其间通过。该电池的工作原理如下图，其中多孔电极a、b均不参与电极反响。以下判断不正确的选项是()A．有O2放电的a极为电池的负极B．b极对应的电极反响式为C5H12＋16O2－－32e－=5CO2↑＋6H2OC．该电池的总反响方程式为C5H12＋8O2=5CO2＋6H2OD．汽油燃料电池的技术障碍是氧化反响不完全，产生碳单质堵塞