高二化学新型化学电源.ppt

解题技能6新型化学电源的高考命题角度及解题指导,章末考能特训,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”、“纽扣电池”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。,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：角度一新型电池“放电”时正极、负极的判断【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】新型电池中,负极材料,正极材料,元素化合价升高的物质发生氧化反应的物质,元素化合价降低的物质发生还原反应的物质,【典例导析1】被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnO（OH）。下列说法正确的是（）A.该电池的正极为锌B.该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C.当0.1molZn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.2041023D.电池正极反应式为2MnO2+2e-+2H2O2MnO（OH）+2OH-,解析由总反应式可知,二氧化锰为氧化剂而不是催化剂，锌为还原剂，应为原电池的负极，A、B错；电子只能经外电路流动，而不能在电解液中流动，电解液内电流的形成是由于阴、阳离子的定向移动，C错；电池负极反应式为Zn-2e-+H2OZnO+2H+,用总反应式减去负极反应式得正极反应式为2MnO2+2e-+2H2O2MnO(OH)+2OH-。答案D,角度二新型电池“放电”时正极、负极上电极反应式的书写【知识基础】铅蓄电池Pb-PbO2（H2SO4溶液）电极反应的书写：负极：Pb-2e-Pb2+;Pb2+SOPbSO4。把二者合起来，即负极反应式：Pb-2e-+SOPbSO4。正极：PbO2得电子变为Pb2+，PbO2+2e-+4H+Pb2+2H2O；Pb2+跟SO结合生成PbSO4，Pb2+SOPbSO4。把二者合起来，即正极反应式：PbO2+2e-+4H+SOPbSO4+2H2O。总反应式=正极反应式+负极反应式，即：PbO2+Pb+4H+2SO2PbSO4+2H2O。,【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。,【典例导析2】（2009广东，14）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是（）A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2+2H2O+4e-4OH-B.以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al+3OH-3e-Al（OH）3C.以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D.电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极,解析电池工作时，正极上O2得到电子被还原，电极反应为：O2+2H2O+4e-4OH-,A正确；电解液为NaOH溶液时，在负极上产生的是NaAlO2而不是l(OH)3,B错误；电池的总反应为：4Al+3O2+4NaOH4NaAlO2+2H2O,消耗NaOH，pH减小;电池工作时，电子通过外电路由负极流向正极。答案A,角度三新型电池“充电”时阴极、阳极的判断【知识基础】充电的实质就是把放电时发生的变化再复原的过程。如铅蓄电池：,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。,【解题指导】,【典例导析3】（2009浙江理综，12）市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li+的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2下列说法不正确的是（）A.放电时，负极的电极反应式：Li-e-Li+B.充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C.该电池不能用水溶液作为电解质D.放电过程中Li+向负极移动,解析A项，Li从零价升至正价，失去电子，作为负极，正确；B项，反应逆向进行时，反应物只有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与水反应，故应为非水材料，正确；D项，原电池中阳离子应迁移至正极失电子，故错。答案D,角度四新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断【知识基础】原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，如Zn-Cu（稀H2SO4）电池中：H+移向Cu极；SO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。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。,【解题指导】,【典例导析4】（2008广东，16改编）LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4+LiLiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li+导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法不正确的是（）A.可加入硫酸以提高电解质的导电性B.放电时电池内部Li+向正极移动C.充电过程中，电池正极材料的质量减少D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li+e-LiFePO4,解析由于Li能和稀H2SO4、H2O反应,因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程,电解池的阳极失电子,即LiFePO4-e-Li+FePO4，因此阳极材料（LiFePO4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知B、C、D正确。答案A,迁移应用1.下图、分别是甲、乙两组同学将反应AsO+2I-+2H+AsO+I2+H2O设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图B烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。,下列叙述正确的是（）A.甲组操作时，微安表指针发生偏转B.甲组操作时，溶液颜色不变C.乙组操作时，C2作正极D.乙组操作时，C1上发生的电极反应式为I2+2e-2I-,解析甲组操作时发生的反应为AsO+2I-+2H+AsO+I2+H2O，有碘单质生成，因此溶液的颜色变深，但装置构成的原电池中两极直接接触（一极是AsO/AsO，另一极是I2/I-），呈短路状态，因此微安表中无电流通过，A、B错；乙组操作时，由于向图B烧杯中逐滴加入烧碱，此时原电池发生的反应为AsO+I2+H2OAsO+2I-+2H+，此时C2棒上发生氧化反应，作负极，C1棒上发生还原反应，作正极，电极反应式为I2+2e-2I-。答案D,2.科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池的说法不正确的是（）A.在熔融电解质中，O2-由负极移向正极B.该电池的总反应是：C3H8+5O23CO2+4H2OC.电路中每通过5mol电子，约有5.6L标准状况下的丙烷被完全氧化D.通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为：C3H8-20e-+10O2-3CO2+4H2O,解析该燃料电池的化学原理是：C3H8+5O23CO2+4H2O，B正确；放电过程中通入丙烷的电极为负极：C3H8-20e-+10O2-3CO2+4H2O,C正确；通入O2的电极为正极：O2+4e-2O2-，产生的O2-将向负极移动，A项错。答案A,3.（2009四川，29）新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位，可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO4）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁(CH3COO)2Fe、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂,同时生成的乙酸及其他产物均以气体逸出。,方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。,在锂离子的电池中，需要一种有机聚合物作为正、负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：,请回答下列问题：（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是。,（2）在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有、（填化学式）生成。（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为。（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：。（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为。,解析（1）LiFePO4中有Fe2+，Fe2+容易被氧化，所以制备LiFePO4时要在无氧条件下操作。（2）根据信息给定的方法一所发生的反应中的反应物和部分生成物，再根据元素守恒，可写出该反应的化学方程式：Li2CO3+2（CH3COO）2Fe+2NH4H2PO42LiFePO4+4CH3COOH+2NH3+H2O+CO2。（3）方法二中，阳极Fe放电生成Fe2+，Fe2+再与H2PO、Li+反应生成LiFePO4。（5）该锂离子电池在充电过程中，阳极的LiFePO4生成FePO4,则该电池放电时正极的反应是FePO4生成LiFePO4,其电极反应式是FePO4+Li+e-LiFePO4。,答案（1）为防止亚铁化合物被氧化（2）CO2H2ONH3（3）Fe+H2PO+Li+-2e-LiFePO4+2H+（4）（5）FePO4+Li+e-LiFePO4,易错题重练1.(2009海南，12)已知：Fe2O3(s)+C(s)CO2(g)+2Fe(s)H1=+234.1kJ/mol（1）C(s)+O2(g)CO2(g)H2=-393.5kJ/mol（2）则2Fe(s)+O2(g)Fe2O3(s)的H是（）A.-824.4kJ/molB.-627.6kJ/molC.-744.7kJ/molD.-169.4kJ/mol解析（2）-（1）就可得2Fe(s)+O2(g)Fe2O3(s)，则H=H2-H1=-824.4kJ/mol。,A,2.（2009浙江理综，12）市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li+的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2下列说法不正确的是()A.放电时，负极的电极反应式：Li-e-Li+B.充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C.该电池不能用水溶液作为电解质D.放电过程中Li+向负极移动,放电,充电,解析A项，Li从零价升至正价，失去电子，作为负极，正确；B项，反应逆向进行时，反应物只有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与水反应，故应为非水材料，正确；D项，原电池中阳离子应迁移至正极失电子，故错。答案D,3.用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水（含Cl-、Br-、Na+、Mg2+）的装置如图所示（a、b为石墨电极）。下列说法中，正确的是（）,A.电池工作时，正极反应式为：O2+2H2O+4e-4OH-B.电解时，a电极周围首先生成Cl2C.电解时，电子流动路径是：负极外电路阴极溶液阳极正极D.忽略能量损耗，当电池中消耗0.02gH2时，b极周围会产生0.02gH2,解析由于磷酸为电解质，电池的正极反应为：O2+4H+4e-2H2O,A错；a电极与原电池正极相连，为电解池的阳极，由于Br-还原性强于Cl-，因此Br-先放电，B错；电解时，电子流动路径是：负极阴极，阳极正极，电子不能从溶液中通过，C错；根据通过的电子守恒，当电池中消耗0.02gH2时，b极周围会产生0.02gH2,D对。答案D,4.下列热化学方程式书写正确的是（H的绝对值均正确）（）A.C2H5OH（l）+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g)H=-1367.0kJ/mol(燃烧热)B.NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l)H=+57.3kJ/mol（中和热）C.S（s）+O2(g)SO2(g)H=-269.8kJ/mol(反应热)D.Fe+SFeSH=-95.6kJ/mol（反应热）,C,5.下列有关热化学方程式的叙述正确的是（）A.已知2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-483.6kJ/mol，则氢气的燃烧热为241.8kJB.已知C（石墨，s）C（金刚石，s）H0,则金刚石比石墨稳定C.含20.0gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.65kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式为：NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(1)H=-57.3kJ/molD.已知2C(s)+2O2(g)2CO2(g)H12C(s)+O2(g)2CO(g)H2,则H1H2,解析H2的燃烧热应该以生成液态水为标准，所以A不正确；由于石墨转变为金刚石的H0，所以金刚石的内能比石墨的高，内能越高越不稳定，B不正确；同物质的量的碳完全燃烧（生成CO2）放出的热量要比不完全燃烧（生成CO）放出的热量多，所以H1H2,D不正确。答案C,6.某同学按如图所示的装置进行实验，A、B为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合后，在交换膜处从右向左移动。下列分析不正确的是（）A.溶液中c(A2+)增大B.B的电极反应：B-2e-B2+C.y电极上有Cl2产生，发生氧化反应D.反应初期x电极周围出现白色沉淀，随后沉淀消失,解析选项A，当K闭合后，在交换膜处从右向左移动，说明A为原电池的负极，该极的金属A失去电子：A-2e-A2+，c(A2+)增大；选项B，若金属B是不活泼金属，溶液中的B2+获得电子生成B。答案B,7.LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4+LiLiFePO4。电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含有导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池的说法不正确的是()A.可加入硫酸以提高电解质的导电性B.放电时电池内部Li+向正极移动C.充电过程中，电池正极材料的质量减少D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li+e-LiFePO4,放电,充电,解析由于Li能和稀H2SO4、H2O反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即LiFePO4-e-Li+FePO4，因此阳极材料（LiFePO4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知B、C、D正确。答案A,8.日常生活中常用的普通锌-锰干电池有7种物质：NH3、Mn2O3、ZnCl2、MnO2、NH4Cl、Zn和H2O，它们分别是锌-锰电池中氧化还原反应的反应物和生成物，该干电池的结构如图所示。下列说法正确的是（）,A.普通锌-锰干电池中电解质溶液为ZnCl2、MnCl2B.石墨电极发生的反应为：2MnO2+2NH+2e-Mn2O3+2NH3+H2OC.放电时，NH向负极移动D.用该电池电解饱和AlCl3溶液，析出2.7gAl时，溶解9.75gZn,解析选项A，题目提供的7种物质中，只有NH4Cl和ZnCl2是可溶性的,分析元素价态变化可知Zn失去电子为原电池的负极：Zn-2e-Zn2+，所以电池中电解质溶液为NH4Cl；选项B，石墨为正极材料，7种物质中，MnO2在该极获得电子生成Mn2O3:2MnO2+2NH+2e-Mn2O3+2NH3+H2O；选项C，正极消耗NH，所以放电时NH向正极移动；选项D，根据离子的放电能力，电解饱和AlCl3溶液时，首先是H+在阴极放电生成H2，而不是析出Al。答案B,答题规范7热化学方程式、电极方程式的书写规范学生案例1.含20.0gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.65kJ的热量,则表示该反应中和热的热化学方程式为。规范答案NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l)H=-57.3kJ/mol,NaOH(l)+HCl(l)NaCl(s)+,H2O(l)H=-28.65kJ,2.下图是乙烷、二甲醚燃烧过程的能量变化图：请回答下列问题：（1）乙烷的燃烧热H=kJ/mol。（2）根据该图写出二甲醚燃烧热的热化学方程式：。,aCH3OCH3(g)+CO2(g)dCO2(g)+H2O(l),H=-485kJ/mol,规范答案（1）-1560（2）CH3OCH3(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)H=-1455kJ/mol,3.电极方程式的书写（1）铅蓄电池放电时，电流流入的极为极，其电极方程式为：。（2）氢氧燃料电池若用KOH作电解质溶液，其负极反应式为。（3）氢氧燃料电池若用H2SO4作电解质溶液，