【备战2012】高考化学冲刺押题热点系列 专题11 可充电电池和燃料电池

用心 爱心 专心1 专题专题 1111 可充电电池和燃料电池可充电电池和燃料电池 通过近几年全国各地的高考试题研究 有关可充电电池试题是 2012 年高考一大亮 点 这充分说明可充电电池在今后教学中的重要性 但这类试题往往又是学生学习的 难点 错误率较高 如何解答此类问题 现归纳如下 一 可充电电池 1 1 可充电电池电极极性和材料判断 可充电电池电极极性和材料判断 例 1 镍镉 Ni Cd 可充电电池在现代生活中有广泛应用 它的充放电反应按 下式进行 Cd OH 2 2Ni OH 2 充电 放电 Cd 2NiO OH 2H2O 由此可知 该电池放电 时的负极材料是 A Cd OH 2 B Ni OH 2 C Cd D NiO OH 解析 要理解镍镉电池放电和充电的过程 放电是原电池反应 根据题给条件知 放电 原电池 时的总反应式为 Cd 2NiO OH 2H2O 充电 放电 Cd OH 2 2Ni OH 2 标 出原电池总反应式电子转移的方向和数目指出 即可知道参与负极反应的物质 Cd 2NiO OH 2H2O Cd OH 2 2Ni OH 2 从上式可知 Cd 可作负极材料 参与负极反应 故应选 C 点评 此类试题考查可充电电池电极极性和材料判断 首先要准确判断充电 放 电分别表示什么反应 原电池反应还是电解池反应 并写出充电 放电的总反应式 然后在总反应式上标出电子转移的方向和数目 即可正确判断可充电电池电极极性和 材料 2 2 可充电电池电极反应式的书写和判断 可充电电池电极反应式的书写和判断 例 2 高铁电池是一种新型可充电电池 与普通高能电池相比 该电池长时间保 持稳定的放电电压 高铁电池的总反应为 3Zn 2K2FeO4 8H2O 充电 放电 3Zn OH 2 2Fe OH 3 4KOH 下列叙述不正确的是 A 放电时负极反应为 Zn 2e 2OH Zn OH 2 用心 爱心 专心2 B 充电时阳极反应为 Fe OH 3 3e 5OH FeO42 4H2O C 放电时每转移 3mol 电子 正极有 1mol K2FeO4被氧化 D 放电时正极附近溶液的碱性增强 解析 高铁电池放电作用是原电池的功能 其总反应式为 3Zn 2K2FeO4 8H2O 3Zn OH 2 2Fe OH 3 4KOH 根据上述书写电极反应式的方法可 知 负极反应为 Zn 2e 2OH Zn OH 2 正极反应为 FeO42 4H2O 3e Fe OH 3 5OH A 正确 充电就是发生电解池反应 其总反应式为 3Zn OH 2 2Fe OH 3 4KOH 3Zn 2K2FeO4 8H2O 根据上述书写电极反应式的方法可知 阳极反应为 Fe OH 3 5OH 3e FeO42 4H2O B 正确 放电时每转移 3mol 电子 正极有 1mol K2FeO4被还原为 Fe OH 3 而不是被氧化 C 错误 根据正极反应式 FeO42 4H2O 3e Fe OH 3 5OH 知 放电时生成 OH 故正极附近溶液的碱性增强 故本题应 选 C 点评 本题主要考查电极反应式的书写 电解质溶液的酸碱性变化 及氧化还原 反应等知识 侧重考查考生对原电池和电解池原理的理解及分析问题的能力 3 3 可充电电池电极发生氧化 还原反应及元素被氧化 被还原判断 可充电电池电极发生氧化 还原反应及元素被氧化 被还原判断 例 3 某可充电的锂离子电池以 LiMn2O4为正极 嵌入锂的碳材料为负极 含 Li 导电固体为电解质 放电时的电池反应为 Li LiMn2O4 Li2Mn2O4 下列说法正确的是 A 放电时 LiMn2O4发生氧化反应 B 放电时 正极反应为 Li LiMn2O4 e Li2Mn2O4 C 充电时 LiMn2O4发生氧化反应 D 充电时 阳极反应为 Li e Li 解析 放电时作为电源来用 根据放电时的电池反应知 负极反应式为 Li e Li 正极反应式为 Li LiMn2O4 e Li2Mn2O4 B 正确 但 LiMn2O4发生还原反应 A 错误 充电时 阴极反应式为 Li e Li D 错误 阳极反应式为 Li2Mn2O4 e Li LiMn2O4 故应是 Li2Mn2O4发生氧化反应 而不是 LiMn2O4 C 错误 本题应选 B 用心 爱心 专心3 点评 本题主要考查电化学知识和氧化还原反应的有关知识 虽然新型电池增加 了试题的陌生度 但考查原电池及电解池的原理不变 这是解答本类试题的关键 4 4 可充电电池离子的移动方向判断及总反应式的书写 可充电电池离子的移动方向判断及总反应式的书写 例 4 锂离子电池已成为新一代实用化的蓄电池 该电池具有能量密度大 电压 高的特性 锂离子电池放电时的电极反应式为 负极反应 C6Li xe C6Li1 x xLi C6Li 表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料 正极反应 Li1 xMO2 xLi xe LiMO2 LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物 下列有关说法正确的是 A 锂离子电池充电时电池反应为 C6Li Li1 xMO2 LiMO2 C6Li1 x B 电池反应中锂 锌 银 铅各失 1mol 电子 金属锂所消耗的质量最小 C 锂离子电池放电时电池内部 Li 向负极移动 D 锂离子电池充电时阴极反应为 C6Li1 x xLi xe C6Li 解析 将放电的两电极反应式在电子守恒的基础上相加即得放电时的总反应式 C6Li Li1 xMO2 LiMO2 C6Li1 x 充电时的总反应式应为放电总反应式的逆反应 故 A 错误 在锂 锌 银 铅金属中 锂的摩尔质量最小 所以各失去 1mol 电子 消耗 金属锂的质量最小 B 正确 电池工作时 阴离子向负极移动 阳离子向正极移动 C 错误 充电时的阴极反应与放电时的负极反应互为逆反应 故 D 正确 本题应选 BD 点评 本题以锂离子电池为背景材料 全面考查了蓄电池的反应原理 电极反应 离子流向等知识 要求考生能将所学知识灵活迁移运用 5 5 可充电电池考点的综合应用 可充电电池考点的综合应用 例 5 铅蓄电池是典型的可充型电池 它的正负极格板是惰性材料 电池总反应 式为 Pb PbO2 4H 2SO42 充电 放电 2PbSO4 2H2O 请回答下列问题 不考虑氢 氧的氧化还原 用心 爱心 专心4 放电时 正极的电极反应式是 电解液中 H2SO4的浓度将变 当外电路通过 1mol 电子时 理论上负极板的 质量增加 g 在完全放电耗尽 PbO2和 Pb 时 若按右图连接 电解一段时间后 则在 A 电极 上生成 B 电极上生成 此时铅蓄电池的正负极的极性将 解析 根据总反应式中化合价的升降 可判断出两极 从而写出它的两电极反 应 负极 Pb SO42 2e PbSO4 正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 根 据总反应式 H2SO4的浓度会不断减小 所以应定期补充 H2SO4 根据负极反应 Pb SO42 2e PbSO4 可知 每转移 2 mol 电子 负极板增加 1mol 的质量 因为负 极板由 Pb 变为 PbSO4 故外电路通过 1mol 电子时 理论上负极板的质量增加 48g 当外加电源后 铅蓄电池变成了电解池 A 极为阴极 电极反应式为 PbSO4 2e Pb SO42 B 极为阳极 电极反应式为 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 这样 A 电极上生成 Pb B 电极上生成 PbO2 此时铅蓄电池的正负极的极性将对换 答案 PbO2 2e 4H SO42 PbSO4 2H2O 小 48 Pb PbO2 对换 点评 本题关于电化学 正确书写电极反应式是解决本类问题的关键 在书写过 程中要注意 电极产物是否与电解质溶液共存 不共存要参与电极反应 如本题中的 与 Pb2 与 SO42 不共存 要发生反应生成 PbSO4 二 燃料电池二 燃料电池 1 1 电解质为酸性电解质溶液 电解质为酸性电解质溶液 例 1 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 料用于军事目的 一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂 在稀硫酸电解液中 直接加入纯化后的甲醇 同时向一个电极通入空气 试回答下列问题 这种电池放电时发生的化学反应方程式是 用心 爱心 专心5 此电池的正极发生的电极反应是 负极发生的电极反 应是 电解液中的 H 离子向 极移动 向外电路释放电子的电极是 比起直接燃烧燃料产生电力 使用燃料电池有许多优点 其中主要有两点 首先是 燃料电池的能量转化率高 其次是 解析 因燃料电池电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同 又且其电解质溶液 为稀硫酸 所以该电池反应方程式是 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 按上述燃料电池正极反应式 的书写方法 1 知 在稀硫酸中 其正极反应式为 3O2 12H 12e 6H2O 然后在电子守恒 的基础上利用总反应式减去正极反应式即得负极反应式为 2CH3OH 2H2O 12e 2CO2 12H 由原电池原理知负极失电子后经导线转移到正极 所以正极上富集电子 根据电性关系知阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 故 H 离子向正极移动 向外电路 释放电子的电极是负极 答案 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 正极 3O2 12H 12e 6H2O 负极 2CH3OH 2H2O 12e 2CO2 12H 正 负 对空气的污染较小 2 2 电解质为碱性电解质溶液 电解质为碱性电解质溶液 例 2 甲烷燃料电池的电解质溶液为 KOH 溶液 下列关于甲烷燃料电池的说法不正确 的是 A 负极反应式为 CH4 10OH 8e CO32 7H2O B 正极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH C 随着不断放电 电解质溶液碱性不变 D 甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大 解析 因甲烷燃料电池的电解质为 KOH 溶液 生成的 CO2还要与 KOH 反应生成 K2CO3 故该电池发生的反应方程式是 CH4 2OH 2O2 CO32 3H2O 从总反应式可以看出 要消耗 OH 故电解质溶液的碱性减小 C 错 按上述燃料电池正极反应式的书写方法 2 知 在 KOH 溶液中 其正极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH 通入甲烷的一极为负极 其电极反应式可 利用总反应式减去正极反应式为 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 选项 A B 均正确 根据能量 转化规律 燃烧时产生的热能是不可能全部转化为功的 能量利用率不高 而电能转化为 功的效率要大的多 D 项正确 答案 C 用心 爱心 专心6 3 3 电解质为熔融碳酸盐 电解质为熔融碳酸盐 例 3 某燃料电池以熔融的 K2CO3 其中不含 O2 和 HCO3 为电解质 以丁烷为燃料 以空气为氧化剂 以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极 试回答下列问题 写出该燃料电池的化学反应方程式 写出该燃料电池的电极反应式 为了使该燃料电池长时间稳定运行 电池的电解质组成应保持稳定 为此 必须在 通入的空气中加入一种物质 加入的物质是什么 它从哪里来 解析 由于电解质为熔融的 K2CO3 且不含 O2 和 HCO3 生成的 CO2不会与 CO32 反应生 成 HCO3 的 故该燃料电池的总反应式为 2C4H10 13O2 8CO2 10H2O 按上述燃料电池正极 反应式的书写方法 3 知 在熔融碳酸盐环境中 其正极反应式为 O2 2CO2 4e 2CO32 通 入丁烷的一极为负极 其电极反应式可利用总反应式减去正极反应式求得 应为 2C4H10 26CO32 52e 34CO2 10H2O 从上述电极反应式可看出 要