备考2024届高考化学一轮复习讲义第六章化学反应与能量变化第4讲新型电源

第4讲新型电源课标要求核心考点五年考情核心素养对接1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。3.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。4.学生必做实验：制作简单的燃料电池新型电源2023全国乙，T12；2022广东，T16；2022湖南，T8；2022全国甲，T10；2022全国乙，T12；2021河北，T9、T16；2021年6月浙江，T22；2021湖南，T10；2021辽宁，T10；2021福建，T9；2020天津，T11；2020上海，T2；2020全国Ⅰ，T12；2019天津，T6；2019全国Ⅰ，T12证据推理与模型认知：能分析识别复杂的实际电池；能利用电化学原理创造性地解决实际问题命题分析预测1.近年高考常结合电池科技前沿，如能量密度高的液流电池、安全性能高的石墨烯锂电池、燃料电池（微生物燃料电池、有机物燃料电池等）、金属－空气电池等考查原电池的工作原理及其应用、二次电池的充放电过程及相关计算等。2.2025年高考要关注：（1）新型有机物燃料电池。有机物与电化学结合既体现模块知识的综合性，又考查考生灵活运用所学知识解决实际问题的能力。（2）航空航天领域、电动车领域的新型电池考点新型电源1.Li、Na、K、Mg、Al、Zn电池名称装置图工作原理锂电池负极反应：[1]Li－e－Li＋①正极反应物为S8，产物为Li2S4、Li2S2，正极反应：[2]S8＋4e－＋4Li＋2Li2S4、S8＋8e－＋8Li＋4Li2S2；②正极反应物为CO2，产物为C＋Li2CO3，正极反应：[3]3CO2＋4e－＋4Li＋2Li2CO3＋C；③正极反应物为O2，产物为Li2O、Li2O2，正极反应：[4]O2＋4e－＋4Li＋2Li2O、O2＋2e－＋2Li＋Li2O2钠电池负极反应：[5]Na－e－Na＋正极反应物为Sx，产物为Na2Sx，正极反应：[6]Sx＋2e－＋2Na＋Na2Sx钾电池负极反应：[7]K－e－K＋正极反应物为O2，产物为KO2，正极反应：[8]O2＋e－＋K＋KO2镁电池负极反应：[9]Mg－2e－＋2OH－Mg（OH）2正极反应：[10]2CO2＋2e－C2O42铝电池负极反应：[11]Al－3e－＋4OH－[Al（OH）4]－（或Al－3e－Al3＋）离子导体为盐溶液（中性），正极反应物为S，产物为H2S，正极反应：[12]3S＋6e－＋2Al3＋＋6H2O3H2S↑＋2Al（OH）3锌电池负极反应：[13]Zn－2e－＋4OH－[Zn（OH）4]2－正极反应物为CO2，产物为CH3COOH，正极反应：[14]2CO2＋8e－＋8H＋CH3COOH＋2H2O2.锂离子电池名称装置图工作原理锂离子电池负极反应：[15]LixC6－xe－xLi＋＋6C、LiC6－e－Li＋＋6C正极反应：[16]Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋LiCoO2、Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋LiNiO2、Li1－xMnO2＋xe－＋xLi＋LiMnO2、Li1－xFePO4＋xe－＋xLi＋LiFePO4、Li1－xMn2O4＋xe－＋xLi＋LiMn2O43.燃料电池名称装置图工作原理燃料电池负极反应：[17]CO－2e－＋4OH－CO32－＋2H2O、CH4－8e－＋10OH－CO32－＋7H2O、CH3OH－6e－＋8OH－CO32－＋6H2O、CH3OCH3－12e－＋16OH－2CO32－＋11H2O、C6H12O6－24e－＋36OH－6CO32－＋24H2O、NH2NH2－4e－＋4OH正极反应：[18]O2＋4e－＋2H2O4OH－微生物电池负极反应：[19]CH3COOH－8e－＋2H2O2CO2↑＋8H＋、C6H12O6－24e－＋6H2O6CO2↑＋24H＋正极反应：[20]O2＋4e－＋4H＋2H2O注意燃料电池负极反应式书写的难点是有机物化合价的分析，可以用“化合物中元素化合价代数和为零”法，来分析碳元素的化合价，且只需要分析发生化合价变化的碳原子。如CH3CH3中碳元素的化合价为－3，CH3OCH3中碳元素的化合价为－2。1.手机、电脑的锂电池是一次电池还是二次电池？二次电池2.相同质量的物质失去电子数越多，其能量密度越大，则Li、Na、Mg、Al的能量密度由大到小的顺序为Li＞Al＞Mg＞Na。3.已知锂电池的正极反应物和产物，写出其正极反应。（1）正极反应物为Bi，产物为Li3Bi，则正极反应为Bi＋3e－＋3Li＋Li3Bi。（2）正极反应物为FeS，产物为Fe、Li2S，则正极反应为FeS＋2e－＋2Li＋Fe＋Li2S。4.O2作为原电池的正极反应物时，其电极反应在不同的介质中有不同的写法。（1）强酸作介质：O2＋4e－＋4H＋2H2O。（2）强碱作介质：O2＋4e－＋2H2O4OH－。（3）导O2－固体作介质：O2＋4e－2O2－。（4）熔融碳酸盐作介质，同时通入O2与CO2：O2＋4e－＋2CO22CO32－（5）熔融硝酸盐作介质，同时通入O2与N2O5：O2＋4e－＋2N2O54NO3－（6）除此之外还可能生成O22－（过氧根离子）、O2－（超氧根离子），其电极反应分别为O2＋2e－O22－、5.银器皿长期放置表面变黑（Ag2S），可将其放置于盛有饱和食盐水的铝制盆中，一段时间后银器变银白色，其负极反应式为Al－3e－＋3H2OAl（OH）3＋3H＋，正极反应式为Ag2S＋2e－＋2H＋2Ag＋H2S↑（或其他合理答案）。研透高考明确方向命题点1锂电池的工作原理及应用1.[2021辽宁]如图，某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是（B）A.放电时，M电极反应为Ni－2e－Ni2＋B.放电时，Li＋由M电极向N电极移动C.充电时，M电极的质量减小D.充电时，N电极反应为Li3Bi＋3e－3Li＋＋Bi解析结合该电池放电时产生金属间化合物Li3Bi，可知M极为负极，N极为正极。结合上述分析可知，A项错误；原电池中阳离子从负极向正极方向移动，即Li＋由M电极向N电极移动，B项正确；充电时M电极为阴极，电极反应为Li＋＋e－Li，电极质量增加，C项错误；充电时N电极为阳极，电极反应为Li3Bi－3e－3Li＋＋Bi，D项错误。技巧点拨锂电池的放电、充电电极反应及离子移动情况命题点2金属－空气电池2.[2021河北]K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是（D）A.隔膜允许K＋通过，不允许O2通过B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极C.产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水解析由上述分析知，A、B项正确；由氧原子守恒可知，生成的KO2和消耗的O2的质量比为71∶32≈2.22，C项正确；铅酸蓄电池充电时的总反应为2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4，消耗1mol水，转移1mol电子，而K－O2电池中，消耗0.1mol（3.9g）K，转移0.1mol电子，由转移电子数相等可知，铅酸蓄电池消耗的水为0.1mol，即消耗1.8g水，D项错误。命题点3锂离子电池的工作原理3.[2021浙江]某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是（B）A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连B.放电时，外电路通过amol电子时，LiPON薄膜电解质损失amolLi＋C.放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2D.电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2放电充电Si＋LiCoO解析由充电时Li＋得电子成为Li嵌入电极A的薄膜材料中可知，充电时电极A为阴极，则该电池放电时，电极A为负极，电极B为正极，电极反应为电极电极反应负极（电极A）LixSi－xe－xLi＋＋Si正极（电极B）Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2充电时电极A为阴极，则集流体A应和外接电源负极相连，A项正确；放电时，外电路中通过amol电子时，负极（电极A）生成的amolLi＋通过LiPON薄膜电解质转移至电极B，LiPON薄膜电解质并未损失Li＋，B项错误；由上述分析知，C项正确；结合正极和负极反应式可写出电池总反应为LixSi＋Li1－xCoO2放电充电Si＋LiCoO2，D命题点4原电池与海水淡化4.[山东高考]微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水（以含CH3COO－的溶液为例）。下列说法错误的是（B）A.负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1解析结合图示可知放电时的电极反应如下：电极名称电极反应负极（a极）CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋正极（b极）2H＋＋2