2022届新高考化学二轮复习新型化学电源学案

新型化学电源eq\a\vs4\al(|回扣)eq\a\vs4\al(——核心知识)eq\a\vs4\al(|)1．十五种新型电池的电极反应式(在空格内填写电极反应式)锌银电池总反应：Ag2O＋Zn＋H2Oeq\o(,\s\up9(放电),\s\do9(充电))2Ag＋Zn(OH)2正极eq\o(□,\s\up2(1))Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－负极eq\o(□,\s\up2(2))Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2锌空气电池总反应：2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O=2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)正极eq\o(□,\s\up2(3))O2＋4e－＋2H2O=4OH－负极eq\o(□,\s\up2(4))Zn＋4OH－－2e－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)镍铁电池总反应：NiO2＋Fe＋2H2Oeq\o(,\s\up9(放电),\s\do9(充电))Fe(OH)2＋Ni(OH)2正极eq\o(□,\s\up2(5))NiO2＋2e－＋2H2O=Ni(OH)2＋2OH－负极eq\o(□,\s\up2(6))Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2高铁电池总反应：3Zn＋2FeOeq\o\al(2－,4)＋8H2Oeq\o(,\s\up9(放电),\s\do9(充电))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－正极eq\o(□,\s\up2(7))FeOeq\o\al(2－,4)＋3e－＋4H2O=Fe(OH)3＋5OH－负极eq\o(□,\s\up2(8))Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2镍镉电池总反应：Cd＋2NiO(OH)＋2H2Oeq\o(,\s\up9(放电),\s\do9(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2正极eq\o(□,\s\up2(9))NiO(OH)＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－负极eq\o(□,\s\up2(10))Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2Mg­H2O2电池总反应：H2O2＋2H＋＋Mg=Mg2＋＋2H2O正极eq\o(□,\s\up2(11))H2O2＋2H＋＋2e－=2H2O负极eq\o(□,\s\up2(12))Mg－2e－=Mg2＋Mg­AgCl电池总反应：Mg＋2AgCl=2Ag＋Mg2＋＋2Cl－正极eq\o(□,\s\up2(13))2AgCl＋2e－=2Ag＋2Cl－负极eq\o(□,\s\up2(14))Mg－2e－=Mg2＋镁钼电池总反应：xMg＋Mo3S4eq\o(,\s\up9(放电),\s\do9(充电))MgxMo3S4正极eq\o(□,\s\up2(15))Mo3S4＋2xe－=Mo3Seq\o\al(2x－,4)负极eq\o(□,\s\up2(16))xMg－2xe－=xMg2＋钠硫电池总反应：2Na＋xS=Na2Sx正极eq\o(□,\s\up2(17))xS＋2e－=Seq\o\al(2－,x)负极eq\o(□,\s\up2(18))2Na－2e－=2Na＋钠硫蓄电池总反应：2Na2S2＋NaBr3eq\o(,\s\up9(放电),\s\do9(充电))Na2S4＋3NaBr正极eq\o(□,\s\up2(19))NaBr3＋2e－＋2Na＋=3NaBr负极eq\o(□,\s\up2(20))2Na2S2－2e－=Na2S4＋2Na＋钠离子电池总反应：Na1－mCoO2＋NamCneq\o(,\s\up9(放电),\s\do9(充电))NaCoO2＋Cn正极eq\o(□,\s\up2(21))Na1－mCoO2＋me－＋mNa＋=NaCoO2负极eq\o(□,\s\up2(22))NamCn－me－=mNa＋＋Cn全钒液流电池总反应：VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋eq\o(,\s\up9(放电),\s\do9(充电))V3＋＋VO2＋＋H2O正极eq\o(□,\s\up2(23))VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2O负极eq\o(□,\s\up2(24))V2＋－e－=V3＋锂钒氧化物电池总反应：xLi＋LiV3O8=Li1＋xV3O8正极eq\o(□,\s\up2(25))xLi＋＋LiV3O8＋xe－=Li1＋xV3O8负极eq\o(□,\s\up2(26))xLi－xe－=xLi＋锂铜电池总反应：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－正极eq\o(□,\s\up2(27))Cu2O＋H2O＋2e－=2Cu＋2OH－负极eq\o(□,\s\up2(28))Li－e－=Li＋锂离子电池总反应：Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up9(放电),\s\do9(充电))LiCoO2＋C6(x＜1)正极eq\o(□,\s\up2(29))Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2负极eq\o(□,\s\up2(30))LixC6－xe－=xLi＋＋C62.按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式(1)酸性介质，如H2SO4溶液负极：eq\o(□,\s\up2(31))CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋。正极：eq\o(□,\s\up2(32))eq\f(3,2)O2＋6e－＋6H＋=3H2O。(2)碱性介质，如KOH溶液负极：eq\o(□,\s\up2(33))CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O。正极：eq\o(□,\s\up2(34))eq\f(3,2)O2＋6e－＋3H2O=6OH－。(3)熔融盐介质，如K2CO3负极：eq\o(□,\s\up2(35))CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(2－,3)=4CO2↑＋2H2O。正极：eq\o(□,\s\up2(36))eq\f(3,2)O2＋6e－＋3CO2=eq\a\vs4\al(3CO\o\al(2－,3))。(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体为电解质，在高温下能传导O2－负极：eq\o(□,\s\up2(37))CH3OH－6e－＋3O2－=CO2↑＋2H2O。正极：eq\o(□,\s\up2(38))eq\f(3,2)O2＋6e－=3O2－。eq\a\vs4\al(|归纳)eq\a\vs4\al(——思维升华)eq\a\vs4\al(|)1．燃料电池在不同介质中的正极反应式(1)O2＋4e－＋4H＋=2H2O(酸作介质)(2)O2＋4e－＋2H2O=4OH－(碱作介质)(3)O2＋4e－=2O2－(熔融金属氧化物作介质)(4)O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)(熔融碳酸盐作介质)2．电极反应式的书写方法(1)拆分法：①写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，并注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应，正极：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，负极：Cu－2e－=Cu2＋。(2)加减法：①写出总反应，如Li＋LiMn2O4=Li2Mn2O4。②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)，如Li－e－=Li＋(负极)。③利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－=Li2Mn2O4(正极)。3．充电电池的解题技巧eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(以xMg＋Mo3S4\o(,\s\up9(放电),\s\do9(充电))MgxMo3S4为例))命题角度二电解原理及应用eq\a\vs4\al(|回扣)eq\a\vs4\al(——核心知识)eq\a\vs4\al(|)1．按要求书写电极反应式(1)用惰性电极电解NaCl溶液阳极：eq\o(□,\s\up2(1))2Cl－－2e－=Cl2↑。阴极：eq\o(□,\s\up2(2))2H＋＋2e－=H2↑。(2)用惰性电极电解CuSO4溶液阳极：eq\o(□,\s\up2(3))4OH－－4e－=2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－=O2↑＋4H＋)。阴极：eq\o(□,\s\up2(4))Cu2＋＋2e－=Cu。(3)以铁为阳极，石墨为阴极，电解NaOH溶液阳极：eq\o(□,\s\up2(5))Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2。阴极：eq\o(□,\s\up2(6))2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(4)用惰性电极电解熔融MgCl2阳极：eq\o(□,\s\up2(7))2Cl－－2e－=Cl2↑。阴极：eq\o(□,\s\up2(8))Mg2＋＋2e－=Mg。2．按要求书写电极反应式(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为eq\o(□,\s\up2(9))2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋。(2)以Al单质为阳极，石墨为阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：eq\o(□,\s\up2(10))Al＋3HCOeq\o\al(－,3)－3e－=Al(OH)3↓＋3CO2↑。(3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则电极反应式为：阳极：eq\o(□,\s\up2(11))Al－3e－＋7AlCleq\o\al(－,4)=4Al2Cleq\o\al(－,7)。3．如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为NH4Cl溶液，乙试管中为NaCl溶液，数天后导管中观察到的现象是eq\o(□,\s\up2(12))导管中液面左低右高，甲中正极反应为eq\o(□,\s\up2(13))2H＋＋2e－=H2↑，乙中正极反应为eq\o(□,\s\up2(14))2H2O＋O2＋4e－=4OH－。试管中残留气体平均相对分子质量的变化为甲eq\o(□,\s\up2(15))减小，乙eq\o(□,\s\up2(16))减小(填“增大”“减小”或“不变”)。eq\a\vs4\al(|归纳)eq\a\vs4\al(——思维升华)eq\a\vs4\al(|)1．构建电解池模型，类比分析电解基本原理2．电解池电极反应式的书写1．(2021·福建漳州模拟)锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池是实际应用电池系列中比能量最高的一种电池，剖视图如图所示，一种非水的LiAlCl4的SOCl2溶液为电解液。亚硫酰氯既是电解质，又是正极活性物质，其中碳电极区的电极反应式为2SOCl2＋4e－=4Cl－＋S＋SO2↑，该电池工作时，下列说法错误的是()A．锂电极区发生的电极反应：Li－e－=Li＋B．放电时发生的总反应：4Li＋2SOCl2=4LiCl＋SO2↑＋SC．锂电极上的电势比碳电极上的低D．若采用水溶液代替SOCl2溶液，电池总反应和效率均不变解析：选D负极发生氧化反应，电极反应式为Li－e－=Li＋，故A正确；电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2=4LiCl＋S＋SO2↑，故B正确；锂为负极，碳为正极，所以锂电极上的电势比碳电极上的低，故C正确；因为构成电池的材料Li能和水反应，导致电极被消耗，所以必须在无水无氧条件下进行，故D错误。2．(2021·河南郑州模拟)如图为一种利用原电池原理设计测定O2含量的气体传感器示意图，RbAg4I5是只能传导Ag＋的固体电解质。O2可以通过聚四氟乙烯膜与AlI3反应生成Al2O3和I2，通过电池电位计的变化可以测得O2的含量。下列说法正确的是()A．正极反应为3O2＋12e—＋4Al3＋=2Al2O3B．传感器总反应为3O2＋4AlI3＋12Ag=2Al2O3＋12AgIC．外电路转移0.01mol电子，消耗O2的体积为0.56LD．给传感器充电时，Ag＋向多孔石墨电极移动解析：选B原电池正极电极反应为I2＋2Ag＋＋2e－=2AgI，故A错误；传感器中发生①4AlI3＋3O2=2Al2O3＋6I2，原电池反应②2Ag＋I2=2AgI，①＋3②传感器总反应为3O2＋4AlI3＋12Ag=2Al2O3＋12AgI，故B正确；状况未知，不能计算气体体积，故C错误；给传感器充电时，Ag＋向阴极移动，即向Ag电极移动，故D错误。3．(2021·河北石家庄模拟)新型镁—锂双离子二次电池如图，下列关于该电池的说法不正确的是()A．放电时，Li＋由左向右移动B．放电时，正极的电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－=LiFePO4C．充电时，外加电源的正极与Y相连D．充电时，导线上每通过1mole－，左室溶液质量减轻12g解析：选D放电为原电池，原电池中阳离子移向正极，所以Li＋由左向右移动，故A正确；放电时，右边为正极得电子发生还原反应，反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－=LiFePO4，故B正确；充电时，外加电源的正极与阳极相连，所以外加电源的正极与Y相连，故C正确；充电时，导线上每通过1mole－，左室得电子发生还原反应，反应式为Mg2＋＋2e－=Mg，但右侧将有1molLi＋移向左室，所以溶液质量减轻12－7＝5g，故D错误。4．(2021·山东青岛模拟)水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如图。该电池以粉末多孔锌电极(锌粉、活性炭及粘结剂等)为负极，V2O5为正极，三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液。下列叙述错误的是()A．放电时，Zn2＋向V2O5电极移动B．充电时，阳极区电解液的浓度变大C．充电时，粉末多孔锌电极发生还原反应D．放电时，V2O5电极上的电极反应式为V2O5＋xZn2＋＋2xe－=ZnxV2O5解析：选B放电时，阳离子向正极移动，所以Zn2＋向V2O5电极移动，故A正确；充电时，阳极区发生氧化反应，锌离子通过阳离子交换膜向左移动，所以阳极区电解液的浓度变小，故B错误；充电时，粉末多孔锌电极为阴极，发生还原反应，故C正确；放电时，V2O5电极上的电极反应式为V2O5＋xZn2＋＋2xe－=ZnxV2O5，故D正确。5．(2021·湖北十堰模拟)空气污染物NO通常用含Ce4＋的溶液吸收，生成HNO2、NOeq\o\al(－,3)，再利用电解法将上述吸收液中的HNO2转化为无毒物质，同时生成Ce4＋，其原理如图所示。下列说法正确的是()A．H＋由右室进入左室B．Ce4＋从电解槽的c口流出，且可循环使用C．阴极的电极反应式：2HNO2＋6H＋＋6e－=N2↑＋4H2OD．若用甲烷燃料电池作为电源，当消耗标准状况下33.6L甲烷时，理论上可转化2molHNO2解析：选C根据电解原理，H＋由左室向右室移动，故A项错误；空气污染物一氧化氮通常用含有Ce4＋的溶液吸收，生成HNO2、NOeq\o\al(－,3)，N的化合价升高，Ce4＋的化合价降低，然后对此溶液进行电解，又产生Ce4＋，根据电解原理，应在阳极上产生，即Ce4＋从a口出，可循环使用，故B项错误；根据电解原理，阴极上得电子，化合价降低，HNO2转化为无毒物质，即转化为氮气，阴极电极反应式为2HNO2＋6H＋＋6e－=N2↑＋4H2O，故C项正确；33.6L甲烷参与反应转移电子的物质的量为33.6×eq\f(8,22.4)mol＝12mol，理论上可转化HNO2的物质的量为12×eq\f(2,6)mol＝4mol，故D项错误。6．(2021·湖北武汉模拟)某镍冶炼车间排放的漂洗废水中含有一定浓度的Ni2＋和Cl－，图甲是双膜三室电沉积法回收废水中的Ni2＋的示意图，图乙描述的是实验中阴极液pH值与镍回收率之间的关系。下列说法不正确的是()A．交换膜a为阳离子交换膜B．阳极反应式为2H2O－4e－