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2013年广东化学高考冲刺总复习精品课件:第八章 第4讲 解题技能——新型化学电源的高考命题角度及解题指导



第八章

化学反应中的能量变化 电化学

第 4 讲 解题技能——新型化学电源的高考 命题角度及解题指导
高考中的新型电池,有“氢镍电池”、“高铁电 池”、“锌—锰碱性电池”、我国首创的“海洋电池”、 “燃料电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁 烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO 燃料电池)、 “锂离子电池”、“银锌

电池”、“钮扣电池”等。这 些电池一般具有高能环保、经久耐用,电压稳定、比能 量(单位质量释放的能量)高等特点。

例 1 (2010· 全国理综Ⅰ,10)下图是一种染料 敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有 机光敏燃料(S)涂覆在 TiO2 纳米晶体表面制成, 另 一电极由导电玻璃镀铂构成,电池中发生的反应 为:

hγ TiO2/S――→TiO2/S*(激发态) TiO2/S*―→TiO2/S +e I-+2e-―→3I- 3 2TiO2/S++3I-―→2TiO2/S+I- 3 下列关于该电池叙述错误的是( 上放电 B.电池工作时,是将太阳能转化为电能 C.电池的电解质溶液中 I-和 I-的浓度不会 3 减少 D.电池中镀铂导电玻璃为正极 ) A.电池工作时,I-离子在镀铂导电玻璃电极
+ -

解析

由题干所给电池中的反应可知,二氧

化钛电极上的材料失去电子作太阳能电池的负 极,则镀铂导电玻璃为电池的正极,电解质中的 I-到铂电极上得电子转化为 I-,然后 I-到二氧化 3 钛电极上将部分电子失去,再次转化为 I3 ,故整 个过程中 I-、I-浓度不会减少,综合题目中的四 3 个方程式可知,该电池的能量转化过程为有机光 敏染料吸收光能变为激发态,激发态在电池内部 转化为电能后又恢复原态,如此循环。 答案 A


角度二 知识基础

新型电池“放电”时正极、负极上 铅蓄电池[Pb-PbO2(H2SO4 溶液)]
- + + -

电极反应式的书写 电极反应式的书写: 负极:①Pb-2e ===Pb2 ;②Pb2 +SO 2 4 2e-+SO2-===PbSO4。 4 ===PbSO4。把二者合起来,即负极反应式:Pb-

正极:PbO2 得电子变为 Pb2 ,①PbO2+2e
+ + + - + -





2 +4H ===Pb2 +2H2O;Pb2 跟 SO4 结合生成 2 PbSO4, ②Pb2 +SO4 ===PbSO4。 把二者合起来,

即 正 极 反 应 式 : PbO2 + 2e + 4H + SO 2 4 ===PbSO4+2H2O。







总反应式=正极反应式+负极反应式,即: PbO2 + Pb + 4H 2H2O。


2 + 2SO 4 ===2PbSO4 +



解题指导

首先分析物质得失电子的情况,

然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶 液中的离子发生反应。对于较为复杂的电极反应, 可以利用总反应-较简单一极电极反应式=较复 杂一极电极反应式的方法解决。 例 2 (2010· 江苏,11)下图是一种航天器能 ) 量储存系统原理示意图。 下列说法正确的是(

A.该系统中只存在 3 种形式的能量转化 B.装置 Y 中负极的电极反应式为:O2+2H2O+4e ===4OH
- -

C.装置 X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D.装置 X、Y 形成的子系统能实现物质的零排放, 并能实现化学能与电能间的完全转化

解析

太阳能电池利用光能转化为电能可直

接作用于工作;马达实现了电能与机械能的转化; 在装置 X 中,电解水生成 H2、O2,实现了电能与 化学能的转化;在装置 Y 中构成燃料电池,化学 能转化为电能,作用于马达实现了电能与机械能 的转化,A、D 错误;氢氧燃料电池的负极上应是 H2 参加反应,B 错误;装置 X 能利用光能实现 H2、O2、H2O 的循环再生,C 正确。 答案 C

角度三 判断

新型电池“充电”时阴极、阳极的 充电的实质就是把放电时发生

知识基础

的变化再复原的过程。如铅蓄电池:

解题指导

首先应搞明白原电池放电时的正、负

极,再根据电池充电时,阳极接正极,阴极接负极的 原理,进行分析。

例3

(2010· 浙江理综,9)LiAl/FeS 电池是一种正在开发的车 )

载电池,该电池中正极的电极反应式为: 2Li + +FeS+2e - ===Li2S+Fe,有关该电池的下列说法中,正确的是( A.Li- 在电池中作为负极材料,该材料中 Li 的化合 Al
价为+1 价 B.该电池的电池反应式为:2Li+FeS===Li2S+Fe C.负极的电极反应式为:Al-3e-===Al3+ D.充电时,阴极发生的电极反应式为:Li2S+Fe-2e- ===2Li++FeS

解析

A 中 Li- 在电池中作为负极材料, Al 但
- +

该材料中的 Li 是单质,化合价为 0;该电池的负 极反应为 2Li-2e ===2Li ,电池反应为 2Li+ FeS===Li2S+Fe,故 B 正确,C 不正确;充电时, 阴极得电子发生的电极反应式为 Li2S+Fe2++2e- ===2Li+FeS。 答案 B

角度四 知识基础

新型电池充、放电时,电解质溶液 原电池中,阳离子移向正极,阴


中离子移动方向的判断 离子移向负极,如 Zn—Cu(稀 H2SO4)电池中:H+
2 移向 Cu 极;SO4 移向 Zn 极。电解池中,阳离子

移向阴极,阴离子移向阳极,符合带电微粒在电 场中的运动规律。 知识基础 首先应分清电池是放电还是充 电;再判断出正、负极或阴、阳极,进而即可确 定离子的移动方向。

例 4 (2010· 福建理综,11)铅蓄电池 的工作原理为:Pb+PbO2+2H2SO4 ===2PbSO4+2H2O,研读右图,下 列判断不正确的是(
2 +4H++SO4-

)

A.K 闭合时,d 电极反应式:PbSO4+2H2O-2e-===PbO2 B.当电路中转移 0.2 mol 电子时,Ⅰ 中消耗的 H2SO4 为 0.2 mol
2 C.K 闭合时,Ⅱ中 SO4 向 c 电极迁移


D.K 闭合一段时间后,Ⅱ可单独作为原电池,d 电极为正 极

解析 由图示关系可知,Ⅰ池为原电池,Ⅱ池为电 解池,a 极为正极,b 极为负极,K 闭合后,c 极为阴极, d 极为阳极,因电极材料为 PbSO4,结合铅蓄电池的工 作原理, 可判断 d 极发生的电极反应式为 PbSO4+2H2O 2 -2e-===PbO2+4H++SO4-,A 项正确;由题给方程式 可判断,当电路中转移 0.2 mol 电子时,Ⅰ中消耗的 H2SO4 为 0.2 mol,B 项正确;电解池工作时,阴离子移 向阳极, d 电极, C 项错误; 即 故 因Ⅱ池反应为: 2PbSO4 充电 +2H2O=====Pb+PbO2+2H2SO4,因此 K 闭合一段时 间后,Ⅱ池可作为原电池对外供电,其中析出的铅附着 在 c 极上作负极,析出的 PbO2 附着在 d 极上作正极,D 项正确。 答案 C

即时巩固 1.(2010· 安徽理综,11)某固体酸燃料电池以 CsHSO4 固体为电解质传递 H+,其基本结构见下 图,电池总反应可表示为:2H2+O2===2H2O,下 列有关说法正确的是( )

A.电子通过外电路从 b 极流向 a 极 B.b 极上的电极反应式为:O2+2H2O+4e ===4OH C.每转移 0.1 mol 电子,消耗 1.12 L 的 H2 D.H 由 a 极通过固体酸电解质传递到 b 极
+ - -

解析 本题考查了原电池的工作原理。由电极反应式 可知,氢气通入的一极为负极,氧气通入的一极为正极, 故 a 为负极、b 为正极,电子应该是通过外电路由 a 极流 向 b 极,A 错;B 项,b 极上的电极反应式为 O2+4e + 4H ===2H2O;C 项,没有明确此时是否处于标准状况, 故无法计算气体的体积。 答案 D
+ -

2. 固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质, 这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2 )在其间通过。该电池 的工作原理如下图所示, 其中多孔电极 a、 均不参与电极反应。 b


下列判断正确的是 A.有 O2 参加反应的 a 极为电池的负极 B.b 极的电极反应式为 H2-2e +O2 ===H2O
- -

( D )

C.a 极对应的电极反应式为 O2+2H2O+4e-===4OH- 高温 D.该电池的总反应式为 2H2+O2=====2H2O
解析 因为电子从 b 电极流向 a 电极, 所以 b 电极为 负极,H2 在该极发生氧化反应;a 电极为正极,O2 在该极 发生还原反应。由此推断该原电池的负极反应式为 H2- 1 - + 2e ===2H ,正极电极反应式为2O2+2e-===O2-,则电池 高温 总反应式为 2H2+O2=====2H2O。

3.科学家预言,燃料电池将是 21 世纪获得电力的 重要途径,美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种 甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂, 在稀 硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇, 同时向一个电极 通入空气。回答下列问题: (1)这种电池放电时发生的化学反应方程式:____ ______________________________________________。
(2)此电池的正极发生的电极反应: ________________, 负极发生的电极反应: __________________________。 (3)电解液中 H 向________极移动, 向外电路释放电子的 电极是________。 (4)使用该燃料电池的另一个好处是________________。


解析

(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反

应,在酸性条件下生成的 CO2 不与 H2SO4 反应,故 电池总反应式为 2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O。 (2)电池的正极 O2 得电子,由于是酸性环境, 所以会生成 H2O,用电池总反应式减去正极反应式 即可得出负极的电极反应式。 (3)H+移向正极,在正极生成水。 (4)产物是 CO2 和 H2O,不会对环境造成污染。

答案

(1)2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O
+ -

(2)3O2+12H +12e ===6H2O 2CH3OH+2H2O-12e- ===2CO2+12H+ (3)正 负极 (4)对环境无污染

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取材于这些知识点的试题,由于题材广、信 息新、陌生度大,所以,大多数考生对这类试题 感到难,而难在何处又十分迷茫。实际上这些题 目主要考查的是学生迁移应用的能力。具体有以 下几种考查角度: 角度一 判断 新型电池“放电”时正极、负极的

知识基础 在 Zn-Cu 原电池中,较活泼的金属材料作负极, 较不活泼的金属材料或非金属材料作正极。负极:Zn -2e-===Zn2+;正极:2H++2e-===H2↑。 解题指导
?元素化合价升高的物质 ? ?负极材料? ? ?发生氧化反应的物质 ? ? 新型电池中? ?元素化合价降低的物质 ? ? ?正极材料?发生还原反应的物质 ? ? ?



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