2022年高考化学一轮复习第6章第30讲微专题16　新型电源及电极反应式的书写_05高考化学_新高考复习资料_2022年新高考资料_2022年一轮复习各版本_1.高考化学2022年一轮复习通用版

16 新型电源及电极反应式的书写 1．电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写) 2．新型燃料电池 (1)燃料电池常用的燃料 H、CO、烃(如CH、C H)、醇(如CHOH)、肼(N H)等。 2 4 2 6 3 2 4 (2)燃料电池常用的电解质 ①酸性电解质溶液，如HSO 溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；④ 2 4 熔融碳酸盐，如KCO；⑤质子交换膜等。 2 3 (3)燃料电池电极反应式书写的常用方法 第一步，写出电池总反应式。 燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反 应。 如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下： CH＋2O===CO＋2HO ① 4 2 2 2 CO＋2NaOH===NaCO＋HO ② 2 2 3 2 ①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH＋2O＋2NaOH===NaCO＋3HO。 4 2 2 3 2 第二步，写出电池的正极反应式。 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是 O ，因电解质溶液不同，故 2 其电极反应也会有所不同： ①酸性电解质：O＋4H＋＋4e－===2HO。 2 2 ②碱性电解质：O＋2HO＋4e－===4OH－。 2 2 ③固体电解质(高温下能传导O2－)：O＋4e－===2O2－。 2 ④熔融碳酸盐(如熔融KCO)：O＋2CO＋4e－===2CO。 2 3 2 2 第三步，电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。 3．新型可逆电池 (1)铁镍电池(负极—Fe，正极—NiO，电解液—KOH溶液) 2 已知：Fe＋NiO＋2HOFe(OH) ＋Ni(OH) ，则 2 2 2 2放电： 负极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH) ； 2 正极：NiO＋2HO＋2e－===Ni(OH) ＋2OH－。 2 2 2 充电： 阴极：Fe(OH) ＋2e－===Fe＋2OH－； 2 阳极：Ni(OH) －2e－＋2OH－===NiO＋2HO。 2 2 2 (2)LiFePO 电池(正极—LiFePO ，负极—Li，含Li＋导电固体为电解质) 4 4 已知：FePO ＋LiLiFePO ，则 4 4 放电： 负极：Li－e－===Li＋； 正极：FePO ＋Li＋＋e－===LiFePO 。 4 4 充电： 阴极：Li＋＋e－===Li； 阳极：LiFePO －e－===FePO ＋Li＋。 4 4 (3)高铁电池(负极—Zn，正极—石墨，电解质为浸湿的固态碱性物质) 已知：3Zn＋2KFeO＋8HO3Zn(OH) ＋2Fe(OH) ＋4KOH，则 2 4 2 2 3 放电： 负极：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH) ； 2 正极：2FeO＋6e－＋8HO===2Fe(OH) ＋10OH－。 2 3 充电： 阴极：3Zn(OH) ＋6e－===3Zn＋6OH－； 2 阳极：2Fe(OH) －6e－＋10OH－===2FeO＋8HO。 3 2 题组一 新型燃料电池 1．以甲烷燃料电池为例，分析不同的环境下电极反应式的书写。 (1)酸性介质(如HSO ) 2 4 总反应式：_______________________。 负极：___________________________。 正极：___________________________。 答案 CH＋2O===CO＋2HO 4 2 2 2 CH－8e－＋2HO===CO＋8H＋ 4 2 2 2O＋8e－＋8H＋===4HO 2 2 (2)碱性介质(如KOH) 总反应式：__________________________________。 负极：______________________________________。 正极：______________________________________。答案 CH＋2O＋2OH－===CO＋3HO 4 2 2 CH－8e－＋10OH－===CO＋7HO 4 2 2O＋8e－＋4HO===8OH－ 2 2 (3)固体电解质(高温下能传导O2－) 总反应式：____________________________________。 负极：________________________________________。 正极：________________________________________。 答案 CH＋2O===CO＋2HO 4 2 2 2 CH－8e－＋4O2－===CO＋2HO 4 2 2 2O＋8e－===4O2－ 2 2．(1)肼分子(H N—NH)可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气与KOH溶液组成 2 2 碱性燃料电池，请写出该电池的负极、正极反应式：________________________________、 ________________________________________________________________________。 (2)化学家正在研究尿素动力燃料电池，用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生 净化的水，又能发电。尿素燃料电池结构如图所示，写出该电池的负极反应式： ______________ _______________________________________________________________________________ 。 答案 (1)N H－4e－＋4OH－===4HO＋N O＋4e－＋2HO===4OH－ 2 4 2 2 2 2 (2)CO(NH)＋HO－6e－===CO＋N＋6H＋ 2 2 2 2 2 (1)新型燃料电池的分析模板 (2)解答燃料电池题目的几个关键点 ①通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。 ②注意介质的成分，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ③通过介质中离子的移动方向，可以判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 题组二 新型可逆电池 3．锂离子电池充放电电池总反应：LiC ＋Li CoOLiCoO ＋C ，该电池充、放电的 x 6 1－x 2 2 6 工作示意图如图。下列有关说法不正确的是( ) A．该电池具有很高的比能量 B．负极的反应式：LiC －xe－===xLi＋＋C x 6 6 C．放电时，Li＋从石墨晶体中脱出回到正极氧化物晶格中 D．充电时，若转移1 mol e－，石墨电极将增重7x g 答案 D 解析 锂是摩尔质量最小的金属元素，因此制成的电池具有很高的比能量，A正确；根据总 反应可判断，负极反应式为LiC －xe－===xLi＋＋C ，B正确；从图示可知，放电时锂离子 x 6 6 从石墨晶格中脱出，通过电解质迁移到层状正极表面后嵌入正极氧化物晶格中，C正确；充 电时，石墨(C )电极嵌入Li＋变成LiC ，电极反应式为xLi＋＋C ＋xe－===LiC ，则石墨电极 6 x 6 6 x 6 增重的质量就是Li＋的质量，根据关系式： xLi＋ ～ xe－ 1 mol 1 mol 可知若转移1 mol e－，石墨电极将增多1 mol Li＋，即增重7 g，D错误。 4．我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如图所示，其中 固体薄膜只允许Li＋通过。锂离子电池的总反应为xLi＋Li MnOLiMn O 。下列有 1－x 2 4 2 4 关说法错误的是( ) A．放电时，Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中 B．放电时，正极反应为Li MnO＋xLi＋＋xe－===LiMn O 1－x 2 4 2 4 C．充电时，电极b为阳极，发生氧化反应 D．该电池的缺点是存在副反应：2Li＋2HO===2LiOH＋H↑ 2 2 答案 D 解析 Li为活泼金属，放电时，发生氧化反应，故电极a为负极，阳离子从负极移向正极， 即Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中，然后移向电极b，A、B项正确；充电时，电池正极接电源正极，发生氧化反应，是阳极，C项正确；由于固体薄膜只允许Li＋通过，水不能 与Li接触，故不存在Li与水的反应，D项错误。 锂离子电池充放电分析 常见的锂离子电极材料 正极材料：LiMO (M：Co、Ni、Mn等) 2 LiM O(M：Co、Ni、Mn等) 2 4 LiMPO(M：Fe等) 4 负极材料：石墨(能吸附锂原子) 负极反应：LiC －xe－===xLi＋＋C ， x n n 正极反应：Li MO ＋xLi＋＋xe－===LiMO ， 1－x 2 2 总反应：Li MO ＋LiC C ＋LiMO 1－x 2 x n n 2 5．(2018·全国卷Ⅱ，12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO 二次电池。将 2 NaClO 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 4 反应为3CO＋4Na2NaCO＋C。下列说法错误的是( ) 2 2 3 A．放电时，ClO向负极移动 B．充电时释放CO，放电时吸收CO 2 2 C．放电时，正极反应为3CO＋4e－===2CO＋C 2 D．充电时，正极反应为Na＋＋e－===Na 答案 D 解析 根据电池的总反应知，放电时，负极反应： 4Na－4e－===4Na＋ 正极反应：3CO＋4e－===2CO＋C 2 充电时，阴极反应：4Na＋＋4e－===4Na 阳极反应：2CO＋C－4e－===3CO 2 放电时，ClO向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放 CO ，放电时吸 2 收CO。 2 题组三 复杂电极反应式的书写方法 6．铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr O的酸性 2 废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr O转化为Cr3＋，其电极反应式为___________。 2答案 Cr O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7HO 2 2 7．用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。 Fe还原水体中NO的反应原理如图所示。 (1)作负极的物质是________。 (2)正极的电极反应式是_______________________________________。 答案 (1)铁 (2)NO＋8e－＋10H＋===NH＋3HO 2 8.如图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池的反应式为2Na ＋xS===NaS ，正极的电极反应式为____________________________________________。 2 x M(由NaO和Al O 制得)的两个作用是____________________________。 2 2 3 答案 xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===NaS) 导电和隔离钠与硫 2 x 根据题干信息找出放电粒子→正确判断产物→根据电子守恒配电子→根据电荷守恒配电荷 (注意电解质的环境，酸性溶液还是碱性溶液，还是非水体系)→根据质量守恒配原子。