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(共15张PPT)
第八章　化学反应与能量
微点突破7　新型化学电源
题型一　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化合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，有机化合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。微生物燃料电池中并不是温度越高反应速率越大，因为温度过高会导致微生物死亡，燃料电池则难以进行。
一种双阴极微生物燃料电池装置如图所示。该装置可以同时进行硝化和反硝化脱氮，其中硝化过程中被O2氧化。下列叙述正确的是(　　)
√
A．电池工作时，“厌氧阳极”为正极，“缺氧阴极”和“好氧阴极”为负极
B．电池工作时，“缺氧阴极”电极附近溶液的pH减小
C．“好氧阴极”存在反应：＋6H2O
D．“厌氧阳极”区质量减少28.8 g时，该电极输出电子2.4 mol
D　[该装置为原电池，“厌氧阳极”上C6H12O6转化为CO2，C由0价变为＋4价，则“厌氧阳极”为负极；“缺氧阴极”上转化为NO2，再转化为N2，N由＋5价变为＋4价，最后变为0价，则“缺氧阴极”为正极；“好氧阴极”上O2转化为H2O，O由0价变为－2价，则“好氧阴极”为正极，A错误；“缺氧阴极”上电极反应式分别为＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O，2NO2＋8e－＋8H＋===N2＋4H2O，电池工作时，“缺氧阴极”上消耗H＋，其附近溶液的pH增大，B错误；“好氧阴极”上的反应有，C错误；“厌氧阳极”的电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，1 mol C6H12O6反应消耗6 mol H2O，转移24 mol电子，“厌氧阳极”区质量减少288 g，故“厌氧阳极”区质量减少28.8 g时，该电极输出电子2.4 mol，D正确。]
题型二　浓差电池
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。电池内部，某种电解质离子或分子浓度越大，其氧化性或还原性就越强。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阳离子移向正极区域、阴离子移向负极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。
利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　　)
A．甲室Cu电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为Cu2+＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势无影响
√
C　[向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨形成[Cu(NH3)4]2+，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；在原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；负极是，正极是Cu2+＋2e－===Cu，则电池总反应为Cu2+＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+，故C正确；NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2+，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D错误。]
题型三　液流电池
液流电池是正、负极电解质溶液分开、各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量大、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点。它通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应(即价态的可逆变化)实现电能和化学能的相互转化。充电时，阳极(正极)发生氧化反应使活性物质价态升高，阴极(负极)发生还原反应使活性物质价态降低，放电过程与之相反。与一般固态电池不同的是，液流电池的正极和(或)负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应。
一种简单钒液流电池的结构及工作原理示意图如图，下列说法不正确的是
(　　)
A．放电时，H＋从N极区向M极区移动
B．充电时，M极是阳极
C．每消耗，有2 mol H＋通过质子交换膜
D．充电时的总反应：＋2H＋＋V2+
√
C　[由题图知，M极转化为VO2+，V元素化合价由＋5价变为＋4价，化合价降低，得电子，故M极为正极，则N极为负极，负极V2+失电子；充电时，M极接外电源正极，M极为阳极，由质子交换膜以及加入的H2SO4可知电解液为酸性。放电时，M极为正极，电极反应式为＋e－＋2H＋===VO2+＋H2O，正极反应消耗H＋，H＋从N极区向M极区移动，A正确；由上述分析可知，充电时，M极为阳极，B正确；每消耗时得到1 mol e－，则有1 mol H＋通过质子交换膜，C不正确；充电时，M极VO2+转化为，总反应为＋2H＋＋V2+，D正确。]
题型四　复杂载体离子电池
在二次电池中，复杂的电极反应物和产物多为难溶物质，附着在导电的惰性材料上用作电极。分析电极组成时，常把惰性物质元素的化合价看成0价，仅起导电作用，不参与电极反应。由于石墨烯具有稳定、导电性好和比表面积大的优点，常用作气体吸附或离子电池的载体电极。例如，某锂离子电池的总反应为LixC＋Li1－xCoO2 C＋LiCoO2，LixC中的C可以看成载体电极，反应前后元素化合价都为0价。用载体电极的思想分析反应，常可以使问题简单化。
第二代钠离子电池是以嵌钠硬碳(NaxCy)和锰基高锰普鲁士白{Na2Mn[Mn(CN)6]}为电极的新型二次电池，充电时Na＋嵌入硬碳，放电时发生脱嵌，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．充电时，a接电源的负极
B．充电时，B极反应为Cy＋xNa＋＋xe－===NaxCy
C．放电时，Na＋穿过离子交换膜向B极移动
D．放电时，每转移1 mol电子，A极质量减少23 g
√
B　[由题可知，放电时，B极是原电池负极，镶嵌在硬碳中的钠失去电子发生氧化反应生成钠离子，电极反应式为NaxCy－xe－===Cy＋xNa＋，A极是正极，在钠离子作用下，Mn[Mn(CN)6]在正极得到电子发生还原反应生成Na2Mn[Mn(CN)6]，电极反应式为Mn[Mn(CN)6]＋2Na＋＋2e－===Na2Mn[Mn(CN)6]；充电时，A极与直流电源的正极相连，做电解池的阳极，B极为阴极。由分析，充电时，a接电源的正极，A错误；充电时，B极为阴极，钠离子得到电子发生还原反应嵌入硬碳：Cy＋xNa＋＋xe－===NaxCy，B正确；放电时，阳离子向正极移动，故Na＋穿过离子交换膜向A极移动，C错误；A极是正极，在Na＋作用下，Mn[Mn(CN)6]在正极得到电子发生还原反应生成Na2Mn[Mn(CN)6]，电极反应式为Mn[Mn(CN)6]＋2Na＋＋2e－===Na2Mn[Mn(CN)6]，结合得失电子守恒，放电时，每转移1 mol电子，A极增加1 mol Na＋，质量增加23 g，D错误。]
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