对新型化学电池的探究

1、对新型化学电池的探究万长江常见化学电池有3大类：一次性电池（如锌镒干电池，二次性电池，即可充电电池（如铅蓄电池）燃料电池（如氢氧燃料电池等）。但目前高考已涉及光化学电池、固体电解质电池、非水介质电池、微生物燃料电池、热激活电池等各种新型化学电池，且考试难度与综合性有不断增强的趋势。高考命题教师非常重视考查电化学，其考题一方面关注新型化学电池，另一方面关注相关的计算。（一）一次性化学电池可按电解质种类分为1盐类电解质电池（如最常见的锌镒干电池，介质带酸性，但是盐NHCl水解带来的）2酸或碱性电解质电池（如碱性锌镒干电池）3非水电解质电池（如LiSOCb电池）例1普通锌镒干电池的外壳（锌）是负极，

2、中间的碳棒是正极，在碳棒的周围是细密的石墨和去极化剂MnO的混合物，在混合物周围再装入以NHCl和淀粉或其他填充物（制成糊状物）。干电池在使用时的电极反应为：碳极：2NH+2MnQ+2e=2NH3+2MnO（OH）锌极：Zn2e=Zn2+总反应为,为何MnO叫去极化剂.例2碱性锌镒干电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌一镒碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn（s）+2MnO2（s）+H2O（l）=Zn（OH）2（s）+Mn2O3（s）下列说法错误的是（）A.电池工作时，锌失去电子B.电池正极的电极反应式为：2MnO2（s）+H2O（l）+-2e=Mn2O3（s

3、）+2OH-（aq）C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D.外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g思考：为什么碱性锌镒干电池不会外壳渗液？青电蕙注何1电电图（）讷神干电池的构造示意图图（）一秒回收利用庞Bit通钾it电池的工艺例3（2013年新课标口卷）锌镒电池（俗称干电池）在生活中的用量很大。两种锌镒电池的构造图如图（a）所示。回答下列问题：（1）普通锌镒电池放电时发生的主要反应为：Zn+2NHCl+2MnO=Zn（NH）2CL+2MnOOH该电池中，负极材料主要是,电解质的主要成分是一正极发生的主要反应是。与普通锌镒电池相比，碱性锌镒电池的优点及其理由是图(b)

4、表示回收利用废旧普通锌镒电池的一种工艺(不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属)。(3)图(b)中产物的化学式分别为A,B。操彳a中得到熔块的主要成分是EMnO。操作b中，绿色KMnO溶液反应后生成紫色溶液和一种黑褐色固体，该反应的离子方程式为。采用惰性电极电解K2MnO4溶液也能得D,则阴极处得到的主要物质是(填化学式)。例4(09海南卷？LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCI2。电池的总反应可表示为：4Li+2SOCb=4LiCl+S+SO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为,发生的电极反应为;(2)电池正极发生的电极反应为;

5、(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCL有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SO*中,实验现象是,反应的化学方程式为;(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是o(二)二次性电池，即可充电电池主要有1铅蓄电池2锂离子电池3馍氢电池等例5:铅蓄电池电压高，放电容量大，价格便宜，广泛用于汽车、拖拉机、轮船作启动与照明电源。已知：铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为p1,放电完毕后，溶液的密度变为p2。又铅蓄电池充电时的反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4(1)写出铅蓄电池使用时所产生的总反应式及两电极上的半反应；(2)已知充、放电完毕

6、后，溶液的密度是下列两个数据：1.10g-cm-3,相当于含14.35%(质量)的硫酸；1.25g-cm-3,相当于含36.87%(质量)的硫酸，请指出p1、p2分别对应于哪一个数据？(3)用什么方法可以确定什么时候该充电，什么时候该停止充电？(4)用久了的铅蓄电池会对环境造成污染，为什么？例6(2013全国新课标卷1)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钻酸锂6C+xLi+xe=LixC6。现欲利用(LiCoO2)导电剂乙快黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)Of旧百机相一K七响朋0盲i广迪*

7、h1so3h1oja*德一AML8co.四悻(1)LiCoO2中，Co元素的化合价为。(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式(3)“酸浸”一般在80c下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是。(4)写出沉钻”过程中发生反应的化学方程式。(5)充放电过程中，发生LiCoO2与LixCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式。(6)上述工艺中，放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是。在整个回收工艺中,LiO4四面体和MnO6八面体,可回收到的金属化合物有(填化学式)。介绍锂离子电池的构成和工作原理评析学生失分原因并联系2月

8、调考区别锂电池和锂离子电池比较液态锂离子电池和聚合物锂离子电池例7目前商品化的锂离子电池正极几乎都是锂钻复合氧化物，其理想结构如图所示。1在图上用粗线框出这种理想结构的锂钻复合氧化物晶体的一个晶胞。2这种晶体的一个晶胞里有几个锂原子、几个钻原子和几个氧原子？3给出这种理想结构的锂钻复合氧化物的化学式(最简式)4锂镒复合氧化物是另一种锂离子电池正极材料。它的理想晶体中有两种多面体:个数比1:2,LiO4四面体相互分离，MnO6八面体的所有氧原子全部取自LiO4四面体。写出这种晶体的化学式。(三)燃料电池类型1碱性燃料电池2质子交换膜燃料电池3磷酸燃料电池4熔融碳酸盐燃料电池5固体氧化物燃料电池燃

9、料电池另一种分类燃料电池其特殊性及燃料电池的优点各种燃料电池工作原理例8:熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气体为正极助燃气，制得在650c下工作的燃料电池，完成电池反应式.负极反应式：2CO+2CO32-4e-=4CO2正极反应式：,电池总反应式：。例9:设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是对世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2离子。回答如下问题：1 .以丁烷代表汽油，

10、这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是.2 .这个电池的正极发生的反应是.负极发生的反应是.固体电解质里的。2一的移动方向是.向外电路释放电子的电极是.3、人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是4、你认为ZrO2晶体里掺杂丫2O3用Y3+代替晶体里部分Zr4+对提高固体电解质的导电能力起什么作用？其可能的原因是什么？5、汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间，正是新一代化学家的历史使命。（四）其它新型化学电池1光化学电池2微生物燃料电池3热激活电池4钠硫高能电池微生物燃料电池工作原理微生物燃料

11、电池的优点微生物燃料电池分类微生物燃料电池的应用例10（09江苏卷？12）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是A.该电池能够在高温下工作B.电池的负极反应为：C6H12O6+6H2。24e-=6CO2T+24H+C.放电过程中，电子从正极区向负极区迁移D.在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4L太阳能电池分类染料敏化太阳能电池的工作原理太阳能光伏产业的发展前景例11（2010全国卷1）右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个点极由有机光敏燃料（S）涂覆在餐醇ftB.电池工作时，I一离子在镀粕导电玻璃电极上放电电池

12、的电解质溶液中和I3-的浓度不会减少TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀粕构成，电池中发生的反应为:TiO2/Sh=.TiO2/S“（激发态）TiO2/STiO2/S+e-I12e3I-2TiO2/S3I一-2TiO2/S+l3-下列关于该电池叙述错程.的是：A.电池工作时，是将太阳能转化为电能C.电池中镀粕导电玻璃为正极D常用热电池分类热电池的工作原理热电池的优点例12（2013安徽卷）热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作硫酷铅电极KLiCl-KCl一楫胆松一电池化为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池

13、总反应为：PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pbo下列有关说法正确的是A.正极反应式：Ca+2Cl-2e-=CaCl2B.放电过程中，Li卡向负极移动C.每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPbD.常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转钠硫电池的工作原理钠硫电池的优点例13（2011年高考山东卷）科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物。右图为钠硫高能电池的结构示意图。该电池的工作温度为320C左右，电池反应为2Na+xS=Na2Sx,正极的电极反应式为。M（由Na2O和Al2O3制得）的两个作用是。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理

14、论放电量是铅蓄电池的倍例14下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。左右两侧为电解质储罐，中央为电池，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过;放电前，被隔开的电解质为Na2s2和NaBn,放电后，分别为Na2s4和NaBr1、左、右储罐中的电解质分别是2、写出电池充电时，阳极和阴极的电极反应。3、写出电池充、放电的反应方程式。4、指出在充电过程中钠离子通过膜的流向（五）化学电池计算问题如何计算燃料一电能转换效率或电池能量密度光电池将太阳能转化为电能的效率物理等其他学科的基本知识和原理在化学中的应用评析学生失分原因例16（2013全国新课标卷1）28.二甲醛直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池（5.93kw-hkg1）o若电解质为酸性，二甲醛直接燃料电池的负极反应为,一个二甲醛分子经过