2024届高考化学复习讲义第六章化学反应与能量变化第四讲新型电源含答案

这是一份2024届高考化学复习讲义第六章化学反应与能量变化第四讲新型电源含答案，共8页。


考点 新型电源
1.Li、Na、K、Mg、Al、Zn电池
2.锂离子电池
3.燃料电池
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－、O2＋e－O2－ 。
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1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g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1 ml水，转移1 ml电子，而K－O2电池中，消耗0.1 ml（3.9 g）K，转移0.1 ml电子，由转移电子数相等可知，铅酸蓄电池消耗的水为 0.1 ml，即消耗1.8 g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LiCO2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a ml电子时，LiPON薄膜电解质损失a ml Li＋
C.放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－LiCO2
D.电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2放电充电Si＋LiCO2
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
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a ml电子时，负极（电极A）生成的a ml Li＋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－xCO2放电充电Si＋LiCO2，D项正确。
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1 ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D.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：
根据上述分析可知，A项正确；为实现海水淡化，该电池工作时，Cl－向a极移动，Na＋向b极移动，即隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，B项错误；电路中转移1 ml电子时，向a极和b极分别移动1 ml Cl－和1 ml Na＋，则模拟海水理论上可除盐58.5 g，C项正确；电池工作时负极产生CO2，正极产生H2，根据得失电子守恒可知，一段时间后，正极和负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。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
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＋2H2O
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－xCO2＋xe－＋xLi＋LiCO2、Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋LiNiO2、Li1－xMnO2＋xe－＋xLi＋LiMnO2、Li1－xFePO4＋xe－＋xLi＋LiFePO4、Li1－xMn2O4＋xe－＋xLi＋LiMn2O4
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－N2↑＋4H2O
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
电极
电极反应
负极（电极A）
LixSi－xe－xLi＋＋Si
正极（电极B）
Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－LiCO2
电极名称
电极反应
负极（a极）
CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋
正极（b极）
2H＋＋2e－H2↑