全国版2022高考化学一轮复习专题十三原电池课件

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全国版2022高考化学一轮复习专题十三原电池课件

2021-09-17
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专题十三原电池考情解读课标要求 1.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化,以原电池为例认识化学能可以转化为电能,从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。 2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。了解原电池及常见化学电源的工作原理。考情解读课标要求 3.能分析、解释原电池的工作原理,能设计简单的原电池。 4.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。必做实验:化学能转化成电能,制作简单的燃料电池考情解读核心考点核心命题角度考题取样命题情境素养能力原电池原电池的工作原理 2016海南,11 学习探索归纳与论证新型电池的电极反应式的书写 2020山东,10 学术探索归纳与论证常见的化学电源燃料电池 2015江苏,10 学术探索归纳与论证金属-空气电池(热点角度) 2016浙江,11 学术探索归纳与论证锂电池(热点角度) 2016四川,5 生活实践归纳与论证考情解读高考怎么考高考中常精心选择新型电池创设命题情境,体现“创新性”和 “应用性”;也常结合图示和信息,考查电极名称判断、电极反应式书写等必备知识和证据推理与模型认知核心素养,体现“基础性”和“综合性”。命题主要有两种形式:(1)在选择题中,常以新型电池的形式对原电池的工作原理进行考查;(2)在非选择题中,常结合元素化合物、物质的分离和提纯等知识,考查电极反应式的书写以及利用得失电子守恒进行相关计算。　　考情解读高考怎么考　　预计2022年高考仍然会以新型电池为切入点,考查原电池的工作原理及应用、电极反应式的书写、电极名称判断、溶液中离子的迁移方向及浓度变化、二次电池的充放电过程分析以及相关计算等。考点1 原电池考点帮·必备知识通关考法帮·解题能力提升考法1 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写考法2 原电池原理的应用考点2 常见的化学电源考点帮·必备知识通关考法帮·解题能力提升考法3 常见电池考法4 新型电池考点 1 原电池考点帮▪必备知识通关 1.原电池 (1)定义:将化学能转化为电能的装置。 (2)原电池的构成条件 ①一般有两个活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。 ②两个电极上分别发生氧化反应、还原反应。 ③利用电解质形成闭合回路(电解质既可以是电解质的水溶液,也可以是能传导离子的固体电解质或熔融电解质,还可以是有机电解质溶液)。考点帮▪必备知识通关注意：原电池的电极反应一定是氧化反应或还原反应,但电池总反应却不一定是氧化还原反应;沉淀反应、中和反应等非氧化还原反应也可以设计为原电池。此外,利用离子浓度差也可以设计成原电池,即“浓差电池”,其总反应是一个体系的物理状态的变化而不是化学变化。考点帮▪必备知识通关 2.原电池的工作原理甲(离子交换膜电池) 乙(盐桥电池) 考点帮▪必备知识通关 [以锰-金属氢化物(Mn-MH)电池为例] 电极名称负极(阳极) 正极(阴极) 电极反应 2MH-2e-+2OH- 2H2O+2M MnO2+4H++2e- Mn2++2H2O 反应类型氧化反应还原反应双极膜特点一面是阴离子交换膜,另一面是阳离子交换膜,中间有一层很薄的相界面,该装置中放电时H2O解离成H+和OH-分别向正极和负极迁移(充电时阳极区的H+和阴极区的OH-向双极膜迁移并结合成水) 考点帮▪必备知识通关总反应 MnO2+2H++2MH Mn2++2M +2H2O 总反应电子、电流方向电子方向:由负极沿导线流向正极。电流方向: 从正极沿导线流向负极,经电解质溶液回到正极电子、电流方向阴、阳离子移动方向电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极阴、阳离子移动方向考点帮▪必备知识通关注意： 1.无论在原电池中还是在电解池中,电子均不能通过电解质溶液。 2.盐桥的组成和作用:(1)盐桥中通常装有由饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。(2)盐桥的作用是连接内电路,形成闭合回路;平衡电荷,使原电池不断产生电流。考点帮▪必备知识通关深度学习·辨识记忆　多角度理解电极名称原电池的电极既可以称为正极、负极,又可以称为阴极、阳极,电解池亦同。 (1)跟电流方向有关的电学规定:对外电路供给负电荷(或有电子流出)的电极叫负极——电势低的一极;对外电路供给正电荷(或有电子流入)的电极叫正极——电势高的一极。 (2)跟化学反应有关的规定:发生氧化反应的电极叫阳极(或负极), 发生还原反应的电极叫阴极(或正极)。考点帮▪必备知识通关 (3)原电池的负极,同时也是阳极,其电极区域叫负极区或阳极区; 原电池的正极,同时也是阴极,其电极区域叫正极区或阴极区。电解池中与电源负极相连的电极是阴极,与电源正极相连的电极是阳极。考点帮▪必备知识通关高考链接 [福建高考改编]将如图所示实验装置的K闭合,判断下列各题的正误。考点帮▪必备知识通关 (1)Cu电极上发生还原反应(　　) (2)电子沿Zn a b Cu路径流动(　　) (3)片刻后甲池中c(S)增大(　　) (4)片刻后可观察到滤纸b点变为红色(　　) 答案：(1)√　(2)✕　(3)✕　(4)✕ 考法帮▪解题能力提升考法1 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写 1.判断原电池正、负极的方法考点帮▪必备知识通关注意：原电池正、负极的判断不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。如常温下,Fe、Cu在稀硫酸中构成原电池时,Fe作负极,Cu作正极;若以浓硝酸为电解质溶液,则刚开始时Fe为负极,Cu 为正极,很快Fe在浓硝酸中发生钝化,此时Fe为正极,Cu为负极。考法帮▪解题能力提升 2.原电池电极反应式的书写 (1)一般电极反应式的书写考法帮▪解题能力提升 (2)新型电池电极反应式的书写 ①“公式法”书写新型化学电池电极反应式考法帮▪解题能力提升 ②“加减法”书写新型化学电池电极反应式考法帮▪解题能力提升书写时要遵循电荷守恒、质量守恒等。例如甲烷碱性燃料电池: 考法帮▪解题能力提升命题角度1　原电池正、负极的判断示例1[2020广西南宁第二次模拟]DBFC燃料电池的结构如图所示,该电池的总反应为NaBH4+4H2O 2NaBO2+6H2O。下列关于电池工作时的相关分析错误的是考法帮▪解题能力提升 A.X电极为正极,电流经X电极流向外电路 B.Y电极发生的还原反应为H2O2+2e- 2OH- C.X电极区溶液的pH减小 D.每消耗1.0 L 0.50 mol/L的H2O2溶液,电路中转移1 mol电子考法帮▪解题能力提升解析：A项,由题图可知Na+由左向右迁移,原电池中阳离子由负极区向正极区迁移,则X电极为负极;电子由X电极经外电路流入Y电极, 错误。B项,Y电极为正极,发生还原反应,H2O2+2e- 2OH-,正确。C项,X电极发生氧化反应,B+8OH--8e- BO2-+6H2O,消耗OH-,pH减小,正确。D项,由电极反应式H2O2+2e- 2OH- 知,每消耗1.0 L 0.50 mol/L的H2O2溶液,电路中转移1 mol电子,正确。答案：A 考法帮▪解题能力提升命题角度2　原电池的工作原理示例2[2021四省八校开学考试]某废水中含Na+、K+、Mg2+、Cl-和 SO42-等。利用微生物电池进行废水脱盐,同时处理含OCN-(N为-3价) 的有机废水(酸性)的装置如图所示。下列说法正确的是考法帮▪解题能力提升 A.好氧微生物电极N为负极,该电极有白色沉淀产生 B.膜1、膜2依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜 C.分别通过膜1和膜2的离子数相等 D.好氧微生物电极N上每消耗0.5 mol O2,厌氧微生物电极M上可以产生标准状况下体积为22.4 L的气体考法帮▪解题能力提升解析：好氧微生物电极N作正极,正极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,中间极室的阳离子通过膜2(阳离子交换膜)移向好氧微生物电极N,形成Mg(OH)2白色沉淀,A错误。OCN-→N2,发生氧化反应,该电极作负极,电极反应式为2OCN--6e-+2H2O 2CO2↑+N2↑ 4H+,中间极室的阴离子通过膜1(阴离子交换膜)移向厌氧微生物电极 M,B错误。根据电荷守恒知,中间极室迁移至左极室的阴离子所带的负电荷总数等于中间极室迁移至右极室的阳离子所带的正电荷总数, 但离子所带电荷数不完全相等,故迁移至左、右两极室的阴、阳离子考法帮▪解题能力提升总数不一定相等,C错误。好氧微生物电极N上每消耗0.5 mol O2时, 电路中通过2 mol e-,厌氧微生物电极M理论上生成 mol CO2和 molN2,共1 mol,即22.4 L(标准状况),D正确。答案：D 3 2 3 1 考法帮▪解题能力提升考点扫描 1.[2019浙江4月选考,12改编]铜锌原电池(电解质溶液为H2SO4溶液) 中,Zn2+向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液中H+浓度增加(　　) 2.[2016全国卷Ⅱ,11改编]Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。负极反应式为　　　　　,正极反应式为　　　　　　, 电池放电时Cl-由　　　　极向　　　　极迁移,负极会发生副反应: 　　　　　　。考法帮▪解题能力提升 3.[2015天津,4改编]锌铜原电池装置如图1所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小, 乙池溶液的总质量增加(　　) 图1　　　　　　　　图2 考法帮▪解题能力提升 4.[2015北京,12改编]在通风橱中进行如图2所示实验, Fe、Cu接触后, 其表面均产生红棕色气泡,则在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化(　　) 答案： 1.✕　2.Mg-2e- Mg2+　AgCl+e- Ag+Cl-　正　负　Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑　3.✕　4.√ 考法帮▪解题能力提升命题角度3　新型电池的电极反应式的书写　示例3 全钒电池以惰性材料作电极,电解质溶液显酸性,电池总反应为 VO2+(黄色)+V2+(紫色)+2H+ VO2+(蓝色)+H2O+V3+(绿色)。考法帮▪解题能力提升下列说法错误的是 A.正极反应为VO2++2H++e- VO2++H2O B.负极附近的溶液由紫色逐渐变为绿色 C.每生成1 mol H2O时转移电子的物质的量为0.5 mol D.放电过程中溶液的pH逐渐增大考法帮▪解题能力提升考法帮▪解题能力提升解析：由题图和电池总反应VO2++2H++e- VO2++H2O可知,正极反应为VO2++2H++e- VO2++H2O,负极反应为V2+-e- V3+,所以负极附近溶液的颜色由紫色逐渐变为绿色,A、B项正确。由电极反应VO2++2H++e- VO2++H2O可知,反应每生成1 mol H2O 时转移电子的物质的量为1 mol,C项错误。由电池总反应可知,放电过程中H+不断被消耗,所以溶液的pH逐渐增大,D项正确。答案：C 考法帮▪解题能力提升考法2 原电池原理的应用 1.用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池的正极(或阴极)而得到保护,用廉价易得的较活泼金属制品作原电池的负极(或阳极)被腐蚀,也就是教材上说的牺牲阳极的阴极保护法,如在轮船外壳镶嵌锌块。 2.增大反应速率形成原电池能够增大反应速率,如用稀硫酸和锌粒反应制H2时,加几滴 CuSO4溶液产生气泡的速率更大,就是因为Zn和CuSO4反应生成Cu,从而形成无数细小的原电池,增大了生成H2的速率。考法帮▪解题能力提升 3.使变黑的银材质器皿无损耗复原银材质器皿久置,表面会生成Ag2S而逐渐变黑(4Ag+O2+2H2S 2Ag2S+2H2O),在铝材质容器(作负极)中加入食盐水,再将变黑的银器(作正极)浸入该溶液中,一段时间后,黑色的Ag2S会被还原为银白色的单质银, 该法能使银材质器皿无损耗复原。负极反应:2Al-6e- 2Al3+;正极反应:3Ag2S+6e- 6Ag+3S2-。负极产生的Al3+与正极产生的S2-在溶液中继续反应,离子方程式为2Al3++3S2-+6H2O 2Al(OH)3↓+3H2S↑。考法帮▪解题能力提升 4.用于比较金属活动性强弱将两金属用导线连接,放入稀硫酸中,作负极的金属(一般情况下该极质量减小)活动性较强,作正极的金属(该极有气泡产生)活动性较弱。如探究铁比铬活泼,可以将二者组成原电池(装置如图所示),在Fe电极上发生反应Fe-2e- Fe2+, 溶液变为浅绿色;电子经过导线转移至Cr电极上,溶液中的H+在Cr电极上获得电子,发生还原反应2H++2e- H2↑,在Cr电极上有许多气泡产生。故能证明铁比铬活泼的实验现象是溶液颜色变为浅绿色,同时在Cr电极上有许多气泡产生。考法帮▪解题能力提升 5.用于探究未知反应当反应物中的某离子或过量反应物会影响产物的检验时,用电化学装置探究,将产物与反应物隔离开,能更准确地检验产物。例如,某实验小组对 KSCN的性质进行探究,设计了如下实验: 考法帮▪解题能力提升 (1)溶液变红的原因:Mn+5Fe2++8H+ Mn2++5Fe3++4H2O,Fe3++ 3SCN- Fe(SCN)3。 (2)针对溶液红色褪去的原因,小组同学认为可能是SCN-被酸性KMnO4 溶液氧化为SO42-,由于硫酸酸化的高锰酸钾溶液中存在SO42-,所以不能直接取褪色后的溶液来检验SCN-的氧化产物是SO42-。故设计了如图所示实验装置来证实上述猜想是成立的。考法帮▪解题能力提升检验产物中SO42-的操作及现象是电池工作一段时间后取少量反应后的 KSCN溶液,先加盐酸酸化,再加氯化钡溶液,出现白色沉淀。考法帮▪解题能力提升 6.设计原电池 (1)将氧化还原反应分成两个半反应(氧化反应和还原反应)。 (2)根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出合适的正、负极材料和电解质溶液。电极材料的选择→原电池的电极材料必须能导电。一般情况下,负极材料能够与电解质溶液反应,容易失去电子,故负极材料一般是活泼金属;正极材料一般和负极材料不同,因为只有正极和负极产生电势差时,电子才能定向移动。考法帮▪解题能力提升电解质溶液的选择→一般情况下,电解质溶液中的物质要能够与负极材料发生反应。如果设置盐桥,则一般情况下,负极区电解质溶液要选用与负极材料相对应的阳离子的盐溶液,正极区电解质溶液为正极反应物的溶液。考法帮▪解题能力提升命题角度1　比较不同金属活动性强弱示例4 M、N、P、E四种金属,已知:①M+N2+ N+M2+;②M、P 用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡逸出;③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2++2e- E,N-2e- N2+。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是 A.P>M>N>E　　　　　　B.E>N>M>P C.P>N>M>E D.E>P>M>N 考法帮▪解题能力提升解析：由①知,金属活动性强弱顺序为M>N;M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡逸出,说明M作原电池的正极,故金属活动性强弱顺序为P>M;N、E构成的原电池中,N作负极,故金属活动性强弱顺序为N>E。综合可知,A正确。答案：A 考法帮▪解题能力提升命题角度2　原电池的设计[新角度] 示例5 利用反应2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl2,设计一个原电池装置。 (1)画出简易装置图,标明电极材料和电解质溶液。 (2)简易装置的效率不高,电流在短时间内就会衰减。为解决上述问题,常将原电池设计成带盐桥的装置,画出该原电池带盐桥的装置,标明电极材料和电解质溶液。 (3)写出两个电极的电极反应。负极:　　　　　　　　　　　　　,正极:　　　　　　　　　　　　。考法帮▪解题能力提升解析：首先将已知的反应拆成两个半反应:Cu-2e- Cu2+、 2Fe3++2e- 2Fe2+,然后结合原电池的电极反应特点分析可知, 该原电池的负极材料为Cu,正极材料选用比铜活动性差且能导电的材料即可。考法帮▪解题能力提升考法帮▪解题能力提升命题角度3　探究未知反应[新角度] 示例6 [2020全国卷Ⅰ,27节选,13分]为验证不同化合价铁的氧化还原能力,利用下列电池装置进行实验。考法帮▪解题能力提升回答下列问题: (1)电池装置中,盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应,并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据,盐桥中应选择　　　　作为电解质。考法帮▪解题能力提升 (2)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知,盐桥中的阳离子进入　　　　电极溶液中。 (3)电池反应一段时间后,测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1。石墨电极上未见Fe析出。可知,石墨电极溶液中c(Fe2+)=　　　　。 (4)根据(2)、(3)实验结果,可知石墨电极的电极反应式为　　　　　　　, 铁电极的电极反应式为　　　　　　　　。因此,验证了Fe2+氧化性小于　　　、还原性小于　　　　。考法帮▪解题能力提升 (5)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3 溶液,将铁电极浸泡一段时间,铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是　　　　。考法帮▪解题能力提升解析：(1)Fe2+、Fe3+均能与HCO3-发生相互促进的水解反应;Ca2+能与 SO42-反应;FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐,其水溶液呈酸性,酸性条件下NO3-能与Fe2+反应。根据盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应可知,盐桥中阴离子不能选择HCO3-、NO3-,阳离子不能选择Ca2+。又盐桥中阴、阳离子的电迁移率(u∞)应尽可能相近,根据题表数据可知,盐桥中应选择KCl作为电解质。(2)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极,则铁电极为原电池负极,石墨电极为原电池正极,原电池中盐桥中的阳离子向正极移动,进入石墨电极溶液中。(3)铁电极的电极反应式为Fe-2e- Fe2+,石墨电极上未见Fe析出,电极反应式为Fe3++e- 考法帮▪解题能力提升 Fe2+,石墨电极上未见Fe析出,电极反应式为Fe3++e- Fe2+,若铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1,由得失电子守恒可知,石墨电极溶液中 c(Fe2+)增加了0.04 mol·L-1,则c(Fe2+)=0.05 mol·L-1+0.04 mol·L-1= 0.09 mol·L-1。(4)综上可知,铁电极上Fe失电子,而非Fe2+失电子,说明Fe2+ 的还原性小于Fe的;石墨电极上Fe3+得电子,而非Fe2+得电子,说明Fe2+的氧化性小于Fe3+的。(5)刻蚀活化过程发生的反应为Fe+Fe2(SO4)3 3FeSO4,要检验活化反应完成,只要检验溶液中不含Fe3+即可。考法帮▪解题能力提升答案：(1)KCl　(2)石墨　(3)0.09 mol·L-1　(4)Fe3++e- Fe2+　Fe- 2e- Fe2+　Fe3+　Fe　(5)取少量溶液,滴入KSCN溶液,不出现红色考点2　常见的化学电源考点帮▪必备知识通关 1.一次电池(以普通锌锰电池和碱性锌锰电池为代表) 考点帮▪必备知识通关考点帮▪必备知识通关 2.二次电池 (1)铅蓄电池 ①铅蓄电池的装置及电池的连接方法考点帮▪必备知识通关 ②铅蓄电池的电极反应考点帮▪必备知识通关 2)其他常见的二次电池考法帮▪解题能力提升考法3 常见电池命题角度1　结合实验图表创设新情境考查锌锰电池材料的回收利用示例7 [2015新课标全国卷Ⅱ,26改编]酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由炭粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl 等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示: 考法帮▪解题能力提升回答下列问题: (1)该电池的正极反应式为　　　,电池反应的离子方程式为　　　　　　　　　。考法帮▪解题能力提升 (2)维持电流为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌　　　g。(已知F=96 500 C·mol-1) (3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和 NH4Cl,二者可通过　　　分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、　　　和　　　,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法为　　　　　, 其原理是　　　　　　　　　。考法帮▪解题能力提升 (4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是加稀H2SO4和H2O2溶解,铁变为　　　　,加碱调节至pH为　　　　时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,即可认为该离子沉淀完全,lg 2≈0.3);继续加碱至pH为　　　时,Zn2+开始沉淀(假定Zn2+浓度为 0.1 mol·L-1)。若上述过程不加H2O2后果是　　　　　　,原因是　　　　　　。考法帮▪解题能力提升考法帮▪解题能力提升考法帮▪解题能力提升考法帮▪解题能力提升考法帮▪解题能力提升命题角度2　液流电池示例 8 [2020东北三省四市第二次模拟]我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池,其原理如图所示,设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是考法帮▪解题能力提升 A.放电时B电极反应式为I2+2e- 2I- B.放电时电解质储罐中离子总浓度增大 C.M为阳离子交换膜,N为阴离子交换膜 D.充电时,A电极质量增加65 g时,C区增加离子数为4NA 考法帮▪解题能力提升解析：结合题图可知,锌碘单液流电池放电时,Zn失去电子转化Zn2+,I2得到电子转化为I-,所以为B电极为正极,电极反应式为I2+2e- 2I-,A项正确; 放电时,A电极为负极,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,生成的Zn2+进入电解质储罐,电解质储罐中离子浓度增大,B项正确;离子交换膜是防止I2、Zn接触发生反应,放电时,负极区生成Zn2+,正电荷增加,正极区生成I-,负电荷增加, 所以Cl-通过M进入负极区,K+通过N进入正极区,则M为阴离子交换膜,N为阳离子交换膜,C项错误;充电时,A电极反应式为Zn2++2e- Zn,A电极质量增加65 g时转移2 mol电子,C区增加2 mol K+和2 mol Cl-,增加的离子总数为4NA,D项正确。答案：C 考法帮▪解题能力提升命题角度3　储氢电池示例 9 如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是 A.放电时正极反应为NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH- B.电池的电解液可为KOH溶液 C.充电时负极反应为MH+OH- H2O+M+e- D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高考法帮▪解题能力提升解析：电池放电时,正极发生得电子的还原反应,A项正确。由电池示意图及放电时正极的电极反应知,该电池的电解液呈碱性,可为KOH溶液,B项正确。充电时的负极实质上为阴极,发生还原反应,C项错误。MH的氢密度越大,表明单位体积的MH所能储存的电子越多,电池的能量密度越高,D项正确。 +137 kJ·mol-1。答案：C 考法帮▪解题能力提升考法点睛·学习理解镍氢电池的电极反应式考法帮▪解题能力提升考法4 新型电池命题角度1　燃料电池 1.一般解题思维流程考法帮▪解题能力提升 2.不同环境中的正极反应式书写考法帮▪解题能力提升示例10 [2015江苏,10,2分]一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是考法帮▪解题能力提升 A.反应CH4+H2O 3H2+CO,每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B.电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH- -2e- 2H2O C.电池工作时,C向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e- 2CO32- 考法帮▪解题能力提升解析:CH4中的C为-4价,反应后生成的CO中C为+2价,每消耗1 mol CH4 转移6 mol e-,A项错误;从装置图看,电池工作过程中没有OH-参与,电极 A上的电极反应式为CO+H2+2CO32--4e- 3CO2+H2O,B项错误; 该燃料电池中,电极B为正极,电极A为负极,电池工作时,C移向负极, C项错误;在电极B上O2得到电子与CO2反应转化为C, D项正确。答案：D 考法帮▪解题能力提升考法点睛·学习理解甲烷燃料电池在四种常见介质中的负极电极反应总结考法帮▪解题能力提升示例11 [原创] 微生物脱盐燃料电池在微生物的作用下将化学能转化为电能的同时可淡化海水,其工作原理如图所示(假定放电前后三室中溶液的体积均为1 L)。下列有关说法错误的是考法帮▪解题能力提升 A.负极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O 6CO2↑+24H+ B.离子交换膜M只允许阴离子通过 C.该装置的总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O D.模拟海水变为淡水时负极室中c(H+)增大0.1 mol/L 考法帮▪解题能力提升解析：右室中反应有氧气参加,氧气被还原,右室为正极室,左室为负极室。负极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O 6CO2↑+24H+,A项正确;微生物脱盐燃料电池可同时淡化海水,则中间室中的氯离子需要穿过离子交换膜M 向负极区即左室移动,故离子交换膜M只允许阴离子通过,B项正确;该装置中的反应物有C6H12O6、H2SO4、NaCl、H2O和O2,生成物有CO2、HCl、 Na2SO4、H2O,C项错误;模拟海水中c(NaCl)= =0.1 mol/L,模拟海水变为淡水后,有0.1 mol Cl-向左迁移,原电池中有0.1 mol电子通过, 则负极生成0.1 mol H+,即负极室中c(H+)增大0.1 mol/L,D项正确。答案：C 考法帮▪解题能力提升拓展延伸·学习理解本题还可以从以下角度设置问题: (1)100 ℃时该电池的反应速率是不是比常温下的反应速率快? 提示:不是。因为这是一个微生物电池,温度为100 ℃时会导致微生物死亡,所以反应速率不会加快。 (2)写出该电池正极的电极反应式。提示:正极反应式为 6O2+24H++24e- 12H2O。考法帮▪解题能力提升命题角度2　金属-空气电池[热点角度] 金属-空气电池模型电解质为中性或碱性水溶液时,此类金属-空气电池的正极反应式一般为O2+2H2O+4e- 4OH- 考法帮▪解题能力提升镁-空气中性电池负极为金属镁,电解质溶液为中性的NaCl溶液,放电时负极反应式为Mg-2e- Mg2+,总反应式为2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2。由于镁是活泼金属,所以负极易发生副反应:Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑ 海洋电池 (铝-空气海水电池) 铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,放电时负极反应式为Al-3e- Al3+,总反应式为4Al+3O2+6H2O 4Al(OH)3 锌-空气碱性电池锌为负极,电解质溶液为KOH溶液,放电时负极反应式为Zn- 2e-+4OH- Zn(OH)42-,总反应式为2Zn+O2+4OH-+ 2H2O 2Zn(OH)42- 考法帮▪解题能力提升示例12 [2016浙江,11,6分]金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为4M+nO2+2nH2O 4M(OH)n。考法帮▪解题能力提升已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是 A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面 B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高 C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne- 4M(OH)n D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜考法帮▪解题能力提升解析：A项,采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积,且有利于氧气扩散至电极表面,正确;B项,根据“已知”信息知,三种金属-空气电池中铝-空气电池的理论比能量最高,正确;C项,M-空气电池放电过程中, 正极为氧气得到电子生成OH-,错误;D项,Mg可与酸反应,且Mg2+易与 OH-结合生成Mg(OH)2沉淀,易采用中性电解质,为了避免正极生成的 OH-移至负极,应选用阳离子交换膜,正确。答案：C 考法帮▪解题能力提升考点扫描 1.[2018全国卷Ⅲ,11D改编]一种可充电锂-空气电池,当电池放电时,O2 与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。充电时,电池总反应为 Li2O2-x 2Li+(1- )O2(　　) 2.[2018浙江4月选考,17D改编]Li-空气电池的工作原理如图所示,电池总反应式为4Li+O2+ 2H2O 4LiOH(　　) 答案：1.√　2.√ 2 x 考法帮▪解题能力提升命题角度3　锂电池[热点角度] 锂电池分为锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池的负极材料是金属锂或锂合金,工作时金属锂失去电子被氧化为Li+,负极反应均为Li-e- Li+,负极生成的Li+经过电解质定向移动到正极。由于单质锂是活泼金属, 易与空气中的H2O、O2反应,所以必须在无水、无氧的条件下组装锂金属电池。锂离子电池充电时阴极反应式一般为6C+xLi++xe- LixC6; 放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程:LixC6-xe- 6C+xLi+。考法帮▪解题能力提升 1.常见的锂金属电池锂锰电池 (全称为锂 -二氧化锰电池) 正极活性物质是MnO2,电解质是溶于混合有机溶剂中的高氯酸锂(LiClO4),正极反应式为MnO2+Li++e- LiMnO2,总反应为Li+MnO2 LiMnO2 锂亚硫酰氯电池该电池的电解液是无水四氯铝酸锂(LiAlCl4)的亚硫酰氯 (SOCl2)溶液,正极反应式为2SOCl2+4e- 4Cl-+S+SO2↑, 电池的总反应式为4Li+2SOCl2 4LiCl+S+SO2↑。由于锂是活泼金属,易与H2O、O2反应,SOCl2也可与水反应 (SOCl2+H2O SO2↑+2HCl↑),所以组装该电池时必须在无水、无氧的条件下进行考法帮▪解题能力提升考法帮▪解题能力提升 2.常见的锂离子电池锂离子电池充电、放电时不同正极材料上的电极反应、电池总反应如表所示。考法帮▪解题能力提升考法帮▪解题能力提升示例13[2016四川, 5,6分]某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x 查看更多

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全国版2022高考化学一轮复习专题十三原电池课件

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