2021年选修4人教版第四章电化学基础专题复习新型化学电源的考查角度及解题策略(1)

1、2021年选修4人教版 第四章电化学根底专题复习 新型化学电源的考查角度及解题策略 知识梳理1新型电池“放电时正极、负极的判断解题策略：在ZnCu稀硫酸原电池中，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负极材料元素化合价升高的物质亠发生氧化反响的物质新型电池中新 电中丄-门元素化合价降低的物质正极材料发生复原反响的物质2新型电池“放电时正极、负极上电极反响式的书写解题策略：首先分析得失电子情况，然后再考虑电极反响生成的物质是否跟电解质溶液中的 离子发生反响。对于较为复杂的电极反响，可以利用总反响减去较简单一极电

2、极反响式得到 较复杂一极电极反响式的方法解决。如铅蓄电池PbPbO2H2SO4溶液电极反响式的书写：负极：Pb 2e=P+ :Pb2+ + SO4 =PbSO4。把二者结合起来，即负极反响式：Pb2e+ SO2=PbSO。正极：PbO2得电子变为 Pb2*，PbO2 + 2e + 4H +=Pb2+ + 2H2O; Pb2 +跟SO?结合生成PbSCh，Pb2+ + SO4=PbSC4。把二者结合起来，即正极反响式： PbO2+ 2e+ 4H + + SO? =PbSO4+ 2H2O。总反响式=正极反响式+负极反响式，即 PbO2 + Pb+ 2 4H + 2SO4 =2PbSO + 2出0。

3、3新型电池“充电时阴极、阳极的判断解题策略：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:fiftiluj'f- Aft a* PbSOj=l| 疋极:PbCX -PbSO,知UM： | 阴概：PhSO4 -一 Ph阳摊:Fhsn,-PM).首先应该清楚原电池放电时的正、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。4新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断解题策略：原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，女口ZnCu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

4、中的运动规律。首先应该分清楚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。强化训练1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放电压。高铁电池的总反响为 3Zn + 2K2FeO4+ 8H2O在电3Zn(0H)2 + 2Fe(OH)3+ 4K0H，以下叙述不正确的选项是()A. 放电时负极反响为Zn 2e + 20H =Zn(0H)2B. 充电时阳极反响为 Fe(0H)3 3e + 50H =FeO4 + 4H2OC. 放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化D. 放电时正极附近溶液的碱性增强解析 根据题

5、给总反响式，高铁电池放电时必定是锌为负极失去电子，被氧化；高铁酸钾在 正极得到电子，被复原。充电时，阳极上氢氧化铁被氧化成高铁酸钾。放电时正极附近生成 OH -,碱性增强。答案 C2生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，枯燥后再安装,充电后即可使用，发生的反响是 2PbSC4 + 2H2O充电PbO2 + Pb+ 2H2SO4。以下对铅蓄电池的说法错误的选项是()A. 需要定期补充硫酸B. 工作时铅是负极，PbO2是正极C. 工作时负极上发生的反响是 Pb 2e + SO4 =PbSQD. 工作时电解质的密度减小 解析 铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，P

6、bO2是正极，负极发生的反响是 Pb失去电子生成Pb2+，Pb2+与溶液中的SO4-生成PbSCH沉淀；放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状，枯燥后再安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随 之减小。答案 A 3最近我国科学家设计了一种 CO2+ H2S协同转化装置，实现对天然气中 CO2和H2S的高效 去除。示意图如下图，其中电极分别为 ZnO石墨烯石墨烯包裹的ZnO和石墨烯，石墨 烯电极区发生反响为： EDTA- Fe2+ e_ =EDTA-Fe3+ 2EDTA- Fe3

7、+ + H2S=2H+ + S+ 2EDTA- Fe2+该装置工作时，以下表达错误的选项是无然气I t天储弋CO劭CHj.CO , H简等收r那厭A. 阴极的电极反响：CO2 + 2H + + 2e=CO+ H2OB. 协同转化总反响：CO2 + H2S=CO+ H2O + SC .石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D .假设采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA- Fe2+，溶液需为酸性解析 阴极发生复原反响，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反响式为CO2 + 2e+ 2H + =CO+ H2O, A项正确；结合阳极区发生的反响，可知协同转化总反响为CO2+H2S=S

8、+ CO+ H2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO石墨烯的，C项错误；Fe3+、Fe2+在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。答案 C3CO2 +4我国科学家研发了一种室温下“可呼吸的Na-CO2二次电池。将NaCIO4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，电池的总反响为：4Na2Na2CO3+ C。以下说法错误的选项是A 放电时，CI04向负极移动B. 充电时释放 C02，放电时吸收C02C 放电时，正极反响为：3CO2 + 4e=2CO3+ CD .充电时，正极反响为：Na + J=Na解析 电池放电时，CIOT向负极

9、移动，A项正确；结合总反响可知放电时需吸收 C02,而充 电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极 C02得电子被复原生成单质 C，即电极反响式为 3CO2 + 4e" =2C03- + C，C项正确；充电时阳极发生氧化反响，即 C被氧化生成C02，D 项错误。答案 D5全固态锂硫电池能量密度高、本钱低，其工作原理如下图，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反响为：16Li + xS8=8Li2Sx(2<x< 8)。以下说法错误的选项是()A .电池工作时，正极可发生反响：2Li2S6 + 2Li + + 2e_ =3Li2S4B.电池工作时，外电路中流过 0.02

10、mol电子，负极材料减重0.14 gC .石墨烯的作用主要是提高电极 a的导电性D .电池充电时间越长，电池中 Li2S2的量越多解析 A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li +移 动方向可知，电极a为正极，正极发生复原反响，由总反响可知正极依次发生 S8 Li2S8 Li2S6 Li2S4 Li2S2的复原反响，正确；B项，电池工作时负极电极方程式为：Li e_=Li+，当外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质 量为0.14 g,正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极 a的导电能力，正确；D项，电池充

11、电时为电解池，此时电解总反响为8Li2Sx=®=16Li + xS8(2<x<8)，故Li2S2的 量会越来越少，错误。答案 D6微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如下图。下 列有关微生物电池的说法错误的选项是L徽坐粉1厌阪应bj - 1 腫f:i#!般111A 正极反响中有C02生成B 微生物促进了反响中电子的转移C 质子通过交换膜从负极区移向正极区D .电池总反响为 C6H12O6 + 6O2=6CO2 + 6H2O解析 由题意可知，微生物电池的原理是在微生物作用下O2与C6H12O6发生氧化复原反响，将化学能转化为电能，B正确；氧气在

12、正极反响，由于质子交换膜只允许 H +通过，那么正极反应为O2+ 4e" + 4H + =2H2O,没有CO2生成，A项错误；负极发生反响：C6H12O6- 24e" +6H2O=6CQ + 24H+， H +在负极区生成，移向正极区，在正极被消耗，C项正确；总反响为 C6H12O6 + 6O2=6CO2+ 6H2O， D 项正确。答案 A 7世界某著名学术刊物介绍了一种新型中温全瓷铁-空气电池，其结构如下图以下有关该电池放电时的说法正确的选项是A. a极发生氧化反响B. 正极的电极反响式为 FeOx+ 2xJ=Fe+ xO2C .假设有22.4 L标准状况空气参与反响，那

13、么电路中有4 mol电子转移D .铁外表发生的反响为 xH20g+ Fe=FeO+xH2解析 a极通入空气，02在该电极发生得电子的复原反响， A错误；02在正极发生反响，电 极反响式为02 + 4e_ =2O2, B错误；由B项分析可知，电路中有4 mol电子转移时正极上 消耗1 mol 02,在标准状况下的体积为22.4 L,那么通入空气的体积约为22.4 L X 5= 112 L, C 错误；由图可知，铁外表H20g参与反响生成H2,那么发生的反响为xH20g + Fe=FeG+ xH2, D正确。答案 D8我国科研人员以Zn和尖晶石型锰酸锌ZnMn204为电极材料，研制出一种水系锌离子

14、电池，_上该电池的总反响式为xZn + Zn 1-xMn2O4直d!znMn2O40<x<1。以下说法正确的选项是A .充电时，乙门2+向ZnMn2O4电极迁移B.充电时，阳极反响：ZnMn 2O4 2xe =Z n1-xMn 2O4+ xZn2*C .放电时，每转移1 mol e, ZnMn2O4电极质量增加65 gD .充放电过程中，只有Zn元素的化合价发生变化解析放电时锌失电子发生氧化反响，所以锌是负极材料，尖晶石型锰酸锌ZnMn204为正极， 充电时，Zn为阴极，阳离子Zn2+向Zn阴极迁移，A错误；B正确；放电时，每转移2 mol e-, ZnMn 2O4电极质量增加65

15、 g, C错误；充放电时锌与锰的化合价都发生变化， D错误。答案 B9根据光合作用原理，设计如图原电池装置。以下说法正确的选项是无萱化刑质f卞B蹴企屁电恤A. a电极为原电池的正极02 + 2e + 2H =H2O2B. 外电路电流方向是bC. b电极的电极反响式为：D. a电极上每生成1 mol O2，通过质子交换膜的H为2 mol解析 根据图示可知，a电极上H20转化为H +和02，发生氧化反响，那么a电极为原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即 b-a,B项错误；根据图示可知，b电极上02得电子转化为H2O2，电极反响式为：02 + 2e-

16、+ 2H + =战02，C项正确；a电极上每生成1 mol O2，转移4 mol电子，那么通过质子交换膜的 H+ 为4 mol，D项错误。答案 C10电化学降解N03的原理如下图。以下说法中不正确的选项是 质二-; A.铅蓄电池的A极为正极，电极材料为PbO2B.铅蓄电池工作过程中负极质量增加C. 该电解池的阴极反响为 2NO3 + 6H2O+ 10e_ =N2 t + 120H_D. 假设电解过程中转移2 mol电子，那么交换膜两侧电解液的质量变化差 m左一Am右为10.4 g解析 A选项，根据Ag-Pt电极上硝酸根离子发生复原反响，知该电极是阴极，所以铅蓄电池的A极为正极，电极材料为 Pb

17、O2，故A正确；B选项，铅蓄电池工作过程中负极有硫酸铅生成，质量增加，故B正确；C选项，根据电解池的阴极发生复原反响得：2NO3 + 6H2O+ 10e- =N21 + 120H-，故C正确；D选项，电解过程中转移2 mol电子，阳极消耗1 mol 水，有2 mol H +移向阴极，阳极室质量减少18 g,阴极室放出0.2 mol N2,质量减少5.6 2 g= 3.6 g,交换膜两侧电解液的质量变化差 Am左一 Am右=18 g 3.6 g= 14.4 g,故D错误。答案 D11法国格勒诺布尔Grenoble约瑟夫 傅立叶大学的研究小组创造了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物燃料

18、电池，其根本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生-酶反响：C6H12O6 + 6O2=6CO2 + 6H2O酸性环境。以下有关该电池的说法不正确的选项是A .该生物燃料电池不可以在高温下工作B.电池的负极反响为 C6H12O6+ 6H2O 24e=6CO2 t + 24H+C .消耗1 mol氧气时转移4 mol e，H +向负极移动D .今后的研究方向是设法提高葡萄糖生物燃料电池的效率，从而使其在将来可以为任何可植入医疗设备提供电能解析 酶在高温下会变性，失去催化活性，所以该生物燃料电池不可以在高温下工作，A项正确；电池中C6H12O6在负极发生氧化反响，负极反响为 C6H12O6 +

19、6H2O 24e_ =6CO2 T + 24H+，B项正确；原电池反响中，阳离子向正极移动，C项错误；提高葡萄糖生物燃料电池的效 率肯定是今后的研究方向，D项正确。答案 C12我国对“可呼吸的钠-二氧化碳电池的研究取得突破性进展。该电池的总反响式为：4Na放电+ 3CO2放电2N&CO3+ C,其工作原理如下图放电时产生的Na2CO3固体储存于碳纳米管中。以下说法不正确的选项是NaCIQrrEGDMG注：reCDME是 种TT机蒂湘A .放电时，钠金属片作负极，碳纳米管作正极B.充电时，阳极反响为：2Na2CO3+ C 4e=3CQ T+ 4Na+C .放电时，Na+从负极区向正极区移

20、动D .该电池的电解质溶液也可使用 NaCIO4的水溶液解析 A.放电时为原电池反响，钠金属片失去电子作负极，碳纳米管上得电子作正极，故A 正确；B.充电时，阳极失去电子发生氧化反响， 反响为C+ 2Na2CO3 4e =3CO21 + 4Na+， 故B正确；C.放电时，阳离子向正极移动，贝U Na+从负极区向正极区移动，故 C正确；D. 钠与水反响，不能用水溶液代替 TEGDME作溶剂，故D错误。答案 D充电_13. 正、负极都是碳材料的双碳性电池，电池充、放电过程为2nC+ LiA方DCnA + LiCn,充电时Li + > A分别吸附在两极上形成LiCn和CnA如下图，以下说法正确的选项是A. a是电池的负极B. 放电时，A向b极移动C .放电时，负极的电极反响式是 nC e +=CnAD .充电时，电解质中的离子