高三化学一轮复习讲义 39　第一篇　第四部分　专题6　第30讲　新型化学电源的分类突破(能力课)

第30讲新型化学电源的分类突破(能力课)1．了解新型燃料电池和二次电池的电极判断、电极反应、电子和离子的移动方向等。2．了解协同电池和浓度差电池的原理及有关反应式书写等。新型燃料电池与二次电池1．新型燃料电池——微生物燃料电池微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(一般为氧气)在正极得到电子被还原再与质子结合成水。[示例]微生物燃料电池(MFC)为可再生能源的开发和难降解废物的处理提供了一条新途径。电池工作示意图如图所示(假设有机物为乙酸盐)。①a极为负极：CH3COO－－8e－＋2H2O=2CO2↑＋7H＋②b极为正极：O2＋4H＋＋4e－=2H2O③总反应为CH3COO－＋2O2＋H＋=2CO2＋2H2O2．新型二次电池[示例]如图是一种最新研制的聚合物锂电池，a极为含有Li、Co、Ni、Mn、O等元素组成的混盐，电解质溶液为一种能传导Li＋的高分子复合材料，b极为镶嵌金属锂的石墨烯材料，反应原理为LixC6＋Li3－xNiCoMnO66C＋Li3NiCoMnO6。①放电b为负极：LixC6－xe－=xLi＋＋6C；a为正极：Li3－xNiCoMnO6＋xe－＋xLi＋=Li3NiCoMnO6。②充电b为阴极：xLi＋＋6C＋xe－=LixC6，a为阳极：Li3NiCoMnO6－xe－=Li3－xNiCoMnO6＋xLi＋。1．(2024·江苏泰州中学、宿迁中学、宜兴中学12月调研)我国某科研机构研究表明，利用K2Cr2O7可实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．电子从M电极经电解质溶液移向N电极B．M电极的反应式为C6H5OH＋11H2O－28e－=6CO2↑＋28H＋C．温度越高越有利于提高苯酚的去除速率D．Na＋通过阳离子交换膜移向M电极，Cl－通过阴离子交换膜移向N电极2．某研究团队研究PTO和PTO-2H之间的可逆转化；二氧化锰在石墨毡上可逆的沉积和溶解，储存、释放电解液中的水合氢离子；设计出能在－70℃工作的电池，该电池放电时的总反应为PTO-2H＋MnO2＋2H3O＋=PTO＋Mn2+＋4H2O。下列说法错误的是()A．放电时，负极反应为PTO-2H－2e－＋2H2O=PTO＋2H3O＋B．放电时，H3O＋移向b电极C．充电时，阳极反应为Mn2+－2e－＋6H2O=MnO2＋4H3O＋D．充电时，电路中通过1mole－，阳极附近电解质溶液质量减少19g3．(2023·南通模拟)科学家利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池，结构如图所示，隔膜只允许OH－通过。电池反应为Zn＋2NiOOH＋H2OZnO+2NiOH2。下列说法不正确的是(A．3D-Zn具有较高的表面积，有利于沉积ZnOB．放电时每沉积0.1molZnO，有0.1molOH－通过隔膜C．充电时3D-Zn电极应与外接直流电源的负极相连D．充电时阳极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O协同电池与浓差电池1．协同电池利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。①a极为负极：MV＋－e－=MV2+，H2＋2MV2+氢化酶2H＋＋②b极为正极：MV2+＋e－=MV＋，N2＋6H＋＋6MV＋固氮酶2NH3＋(1)协同电池反应是以具有“电子传递”功能的物质为媒质(催化剂)，对反应基质进行间接氧化或还原，从而得到目标产物的反应。(2)原理：媒质也称为“电对”或“介对”，其首先在电极表面失去(或得到)电子，形成氧化态(或还原态)，在电解溶液中进一步氧化(或还原)反应基质，最终生成目标产物。其原理如下所示：2．浓差电池浓差电池是利用物质的浓度差产生电势差的一种装置。常见的有两电极材料相同，两池电解质(溶质)相同浓度不同的浓差电池。[示例]①a极：Ag－e－=Ag＋(负极)；b极：Ag＋＋e－=Ag(正极)。②NO3-1．全钒液流电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A．放电时负极反应式：V2+－e－=V3+B．充电时阳极的pH降低C．放电时正极每消耗2molH＋，负极区便有2molH＋通过质子交换膜移向正极区D．电池总反应：VO2+＋V2+＋2H＋VO2+＋V3+＋H2．由相同金属电极及其不同浓度的盐溶液组成的电池，称浓差电池，电子由溶液浓度较小的一极经外电路流向浓度较大的一极。如图所示装置中，X电极与Y电极初始质量相等。进行实验时，先闭合K2，断开K1，一段时间后，再断开K2，闭合K1，即可形成浓差电池，电流表指针偏转。下列不正确的是()A．充电前，该电池两电极存在电势差B．放电时，右池中的NOC．充电时，当外电路通过0.1mol电子时，两电极的质量差为21.6gD．放电时，电极Y为电池的正极1．(2023·辽宁卷，T11)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是()A．放电时负极质量减小B．储能过程中电能转变为化学能C．放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧D．充电总反应：Pb+SO42-＋2Fe3+=PbSO42．(2024·新课标卷，T6)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是()A．电池总反应为2C6H12O6＋O2=2C6H12O7B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a3．(2023·新课标卷，T10)一种以V2O5和Zn为电极、ZnCF3SO32水溶液为电解质的电池，其示意图如下