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拓展专题9　新型化学电源
1.新型化学电源的解答步骤
（1）根据题意分析元素化合价的变化，确定正、负极反应物。
（2）注意溶液酸碱性环境，书写正、负极反应式。O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中转化为H2O，在碱性环境中转化为OH－。
（3）依据原电池原理或正、负极反应式，分析判断电子、离子的移动方向，电解质溶液的酸碱性变化。
（4）灵活应用守恒法、关系式法进行计算。
2.二次电池充放电原理分析
3.燃料电池分析的几个关键
（1）通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化剂。
（2）通过介质中离子的移动方向，也可判断正、负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
（3）书写电极反应式时，要明确介质是电解质溶液还是熔融盐或固体氧化物，注意产物与电解质是否发生反应。
4.化学电源中的离子交换膜
离子交换膜只选择性的让某种离子通过，其他离子不能通过，如质子交换膜只允许H＋通过，钠离子交换膜只允许Na＋通过。
【典题示例】 （2024·广西高考9题改编）某新型钠离子二次电池（如图）用溶解了NaPF6二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na＋后脱嵌。其反应原理为xNa＋Na3－xV2（PO4）3Na3V2（PO4）3，下列说法错误的是（　　）
A.外电路通过1 mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23 g
B.充电时，阳极电极反应为：Na3V2（PO4）3－xe－Na3－xV2（PO4）3＋xNa＋
C.放电一段时间后，电解质溶液中的Na＋浓度基本保持不变
D.电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换
解析：A　放电时嵌入PbSe中的Na变成Na＋后脱嵌，则右侧电极为负极，Na失电子生成Na＋；Na＋透过允许Na＋通过的隔膜从右侧进入左侧，则左侧为正极。当外电路通过1 mol电子时，负极有1 mol Na失电子生成Na＋进入右侧溶液，溶液中有1 mol Na＋从右侧进入左侧，并与正极的Na3－xV2（PO4）3结合，则理论上两电极质量变化的差值为2 mol×23 g·mol－1＝46 g，A错误；充电时，左侧电极为阳极，Na3V2（PO4）3失电子生成Na3－xV2（PO4）3，则阳极电极反应为Na3V2（PO4）3－xe－Na3－xV2（PO4）3＋xNa＋，B正确；放电一段时间后，负极产生的Na＋的物质的量与负极区通过隔膜进入正极区的Na＋的物质的量相同，进入正极区的Na＋与参加左侧正极反应的Na＋的物质的量相同，所以电解质溶液中的Na＋浓度基本保持不变，C正确；Na能与水反应，所以电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换，D正确。
1.某燃料电池可实现NO和CO的无害转化，其结构如图所示。下列说法正确的是（　　）
A.石墨Ⅰ电极上发生氧化反应
B.电池工作时Na＋向石墨Ⅱ电极处移动
C.石墨Ⅱ电极反应式：CO－2e－＋O2－CO2
D.电路中每通过6 mol电子，生成1 mol N2
解析：C　石墨Ⅰ电极上NO发生反应生成N2，氮元素化合价降低，则石墨Ⅰ电极为正极，发生还原反应，A错误；电池工作时Na＋向正极移动，即向石墨Ⅰ电极处移动，B错误；由题图可知，石墨Ⅱ电极为负极，发生氧化反应，电极反应式为CO－2e－＋O2－CO2，C正确；N元素化合价由＋2价降低为0价，每生成1 mol N2得到4 mol电子，则电路中每通过6 mol 电子，生成1.5 mol N2，D错误。
2.Li-SOCl2电池可用于某些心律失常所致的心脏起搏器的驱动。该电池的工作原理示意图如图所示：
下列说法错误的是（　　）
A.负极材料为Li，发生氧化反应
B.正极反应式为2SOCl2－4e－4Cl－＋S↓＋SO2↑
C.LiAlCl4有助于电池内部的导电
D.电池工作时Cl－向Li电极移动
解析：B　负极材料为Li，锂发生氧化反应，A正确；正极发生还原反应，根据图示，正极反应式为2SOCl2＋4e－4Cl－＋S↓＋SO2↑，B错误；LiAlCl4有助于电池内部的导电，C正确；电池工作时，阴离子向负极移动，Cl－向Li电极移动，D正确。
3.（2025·长沙高二检测）某新型电池可以处理含CN－的碱性废水，同时还可以淡化海水，电池构造示意图如图所示。下列关于该电池工作时的说法正确的是（　　）
A.b极为电池的负极
B.a极发生的电极反应式为2CN－－10e－＋12OH－2C＋N2↑＋6H2O
C.电池工作一段时间后，右室溶液pH减小
D.海水中的Na＋通过离子交换膜Ⅰ向左室迁移
解析：B　a极附近CN－发生氧化反应为负极，电极反应式为2CN－－10e－＋12OH－2C＋N2↑＋6H2O，b极为正极，电极反应为2H＋＋2e－H2↑。a极为电池负极，A错误；a极电极反应式为2CN－－10e－＋12OH－2C＋N2↑＋6H2O，B正确；右室中b极发生的电极反应为2H＋＋2e－H2↑，H＋不断被消耗，pH增大，C错误；阳离子向正极移动，Na＋向b极也就是右室迁移，D错误。
4.科学家利用高温固体氧化物燃料电池技术实现了废气资源回收能量，并得到单质硫的原理如图所示。下列说法正确的是（　　）
A.电极b为电池负极
B.电极a上的电极反应为2H2S＋2O2－－4e－S2＋2H2O
C.该电池消耗1 mol H2S转化成的电能理论上等于其燃烧热值
D.电路中每通过4 mol电子，正极消耗448 L H2S
解析：B　根据电池装置图可知，通入硫化氢生成单质硫，S元素化合价升高，电极a为负极，电极反应式为2H2S＋2O2－－4e－S2＋2H2O，通入氧气的电极b为正极，A错误，B正确；该电池消耗1 mol H2S转化成的电能理论上不等于其燃烧热值，硫化氢燃烧要生成二氧化硫，释放的热量更多，C错误；未指明是否处于标准状况，无法计算H2S的体积，D错误。
5.利用反应6NO2＋8NH37N2＋12H2O构成的电池，既能实现有效减少氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B.电极A上发生氧化反应，电极B为正极
C.当有2.24 L NO2（标准状况）被处理时，转移电子的物质的量为0.4 mol
D.电极A上的电极反应式为2NH3－6e－N2＋6H＋
解析：D　由电池反应6NO2＋8NH37N2＋12H2O可知，反应中NO2中氮元素化合价降低，NO2得电子，NH3中氮元素化合价升高，NH3失电子，则通入NH3的电极A为负极，通入NO2的电极B为正极。该电池中，电极A为负极，电极B为正极，则电流从右侧电极B经过负载后流向左侧电极A，A正确；该电池中，电极A为负极发生氧化反应，电极B为正极发生还原反应，B正确；通入NO2的电极B为正极，电极反应式为2NO2＋8e－＋4H2ON2＋8OH－，消耗标准状况下体积为2.24 L的NO2，即消耗＝0.1 mol NO2时，转移0.4 mol电子，C正确；通入NH3的电极A上，NH3发生失电子的氧化反应生成N2，碱性条件下的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－N2＋6H2O，D错误。
1 / 2拓展专题9　新型化学电源
1.新型化学电源的解答步骤
（1）根据题意分析元素化合价的变化，确定正、负极反应物。
（2）注意溶液酸碱性环境，书写正、负极反应式。O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中转化为H2O，在碱性环境中转化为OH－。
（3）依据原电池原理或正、负极反应式，分析判断电子、离子的移动方向，电解质溶液的酸碱性变化。
（4）灵活应用守恒法、关系式法进行计算。
2.二次电池充放电原理分析
3.燃料电池分析的几个关键
（1）通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化剂。
（2）通过介质中离子的移动方向，也可判断正、负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
（3）书写电极反应式时，要明确介质是电解质溶液还是熔融盐或固体氧化物，注意产物与电解质是否发生反应。
4.化学电源中的离子交换膜
离子交换膜只选择性的让某种离子通过，其他离子不能通过，如质子交换膜只允许H＋通过，钠离子交换膜只允许Na＋通过。
【典题示例】 （2024·广西高考9题改编）某新型钠离子二次电池（如图）用溶解了NaPF6二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na＋后脱嵌。其反应原理为xNa＋Na3－xV2（PO4）3Na3V2（PO4）3，下列说法错误的是（　　）
A.外电路通过1 mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23 g
B.充电时，阳极电极反应为：Na3V2（PO4）3－xe－Na3－xV2（PO4）3＋xNa＋
C.放电一段时间后，电解质溶液中的Na＋浓度基本保持不变
D.电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换
1.某燃料电池可实现NO和CO的无害转化，其结构如图所示。下列说法正确的是（　　）
A.石墨Ⅰ电极上发生氧化反应
B.电池工作时Na＋向石墨Ⅱ电极处移动
C.石墨Ⅱ电极反应式：CO－2e－＋O2－CO2
D.电路中每通过6 mol电子，生成1 mol N2
2.Li-SOCl2电池可用于某些心律失常所致的心脏起搏器的驱动。该电池的工作原理示意图如图所示：
下列说法错误的是（　　）
A.负极材料为Li，发生氧化反应 B.正极反应式为2SOCl2－4e－4Cl－＋S↓＋SO2↑
C.LiAlCl4有助于电池内部的导电 D.电池工作时Cl－向Li电极移动
3.（2025·长沙高二检测）某新型电池可以处理含CN－的碱性废水，同时还可以淡化海水，电池构造示意图如图所示。下列关于该电池工作时的说法正确的是（　　）
A.b极为电池的负极
B.a极发生的电极反应式为2CN－－10e－＋12OH－2C＋N2↑＋6H2O
C.电池工作一段时间后，右室溶液pH减小
D.海水中的Na＋通过离子交换膜Ⅰ向左室迁移
4.科学家利用高温固体氧化物燃料电池技术实现了废气资源回收能量，并得到单质硫的原理如图所示。下列说法正确的是（　　）
A.电极b为电池负极
B.电极a上的电极反应为2H2S＋2O2－－4e－S2＋2H2O
C.该电池消耗1 mol H2S转化成的电能理论上等于其燃烧热值
D.电路中每通过4 mol电子，正极消耗448 L H2S
5.利用反应6NO2＋8NH37N2＋12H2O构成的电池，既能实现有效减少氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B.电极A上发生氧化反应，电极B为正极
C.当有2.24 L NO2（标准状况）被处理时，转移电子的物质的量为0.4 mol
D.电极A上的电极反应式为2NH3－6e－N2＋6H＋
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