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素养微专题(十二)　新型化学电源
1.新型化学电源中电极反应式的书写
(1)电极反应式书写的一般方法
(2)已知总反应式的复杂电极反应式的书写方法
①首先写出较简单的电极反应式。
②复杂电极反应式=总反应式-简单电极反应式。
③注意得失电子守恒。
2.可充电电池分析的一般思路
(1)首先应分清电池是放电还是充电,放电时是原电池反应,充电时是电解池反应。
(2)再判断出正、负极或阴、阳极,明确离子的移动方向。
放电:阳离子→正极,阴离子→负极;充电:阳离子→阴极,阴离子→阳极。
(3)写出放电时的电极反应式,将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
(4)结合题目要求,综合分析,解答问题。
3.浓差电池分析的一般思路
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。
4.复杂载体电极反应分析的一般思路
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-xCoO2C+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。
1.(2025·安徽合肥二模)“热电池”是高温熔融盐一次电池,在航空航天领域有广泛应用,采用LiAl、LiSi等合金作电极比纯锂安全性更好。某热电池工作原理如图所示,放电时,1 mol FeS2完全反应时得到4 mol电子。下列说法错误的是(　B　)
A.电子流向:LiAl极→用电器→FeS2极
B.若1 mol Li0.9Al转化为Li0.08Al,则FeS2消耗98.4 g
C.正极的电极反应式为FeS2+4Li++4e-===Fe+2Li2S
D.热电池的正极材料需要具备高温下的热稳定性和物理稳定性
解析:由图示可知,LiAl极为负极,FeS2极为正极,负极锂比铝活泼,放电时锂优先失电子生成锂离子,负极反应式为Li-e-===Li+,正极反应式为FeS2+4Li++4e-===Fe+2Li2S。电池放电时,电子由负极经外电路流向正极,即电子流向:LiAl极→用电器→FeS2极,A正确;放电时,1 mol Li0.9Al转化为Li0.08Al的反应式为Li0.9Al-0.82e-===Li0.08Al+0.82Li+,正极反应式为FeS2+4Li++4e-===Fe+2Li2S,当转移0.82 mol电子时,消耗0.205 mol FeS2,质量为0.205 mol×120 g/mol=24.6 g,B错误;由分析可知,正极电极反应式为FeS2+4Li++4e-===Fe+2Li2S,C正确;热电池的正极材料需要具备高温下不易分解,不易与其他物质反应的性质,即具备高温下的热稳定性和物理稳定性,D正确。
2.(2023·山东卷改编)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(　C　)
A.甲室Cu电极为正极
B.隔膜为阳离子膜
C.电池总反应:Cu2++4NH3===[Cu(NH3)4]2+
D.NH3扩散到乙室不会对电池电动势产生影响
解析:向甲室加入足量氨水后电池开始工作,则甲室Cu电极溶解,变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2+,因此甲室Cu电极为负极,故A错误;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,通入氨气要消耗铜离子,显然左侧阳离子不断减小,明显不利于电池反应正向进行,故B错误;负极反应是Cu-2e-+4NH3===[Cu(NH3)4]2+,正极反应是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。
3.(2025·黑吉辽蒙卷)一种基于Cu2O的储氯电池装置如图,放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极,b极仍增重。关于图中装置所示电池,下列说法错误的是(　D　)
A.放电时Na+向b极迁移
B.该电池可用于海水脱盐
C.a极反应:Cu2O+2H2O+Cl--2e-===Cu2(OH)3Cl+H+
D.若以Ag/AgCl电极代替a极,电池将失去储氯能力
解析:放电过程中a极的Cu2O变成Cu2(OH)3Cl,铜元素化合价升高,这说明a电极是负极,电极反应式为Cu2O+2H2O+Cl--2e-===Cu2(OH)3Cl+H+,b电极中钠元素从Na+变成N,化合价降低,说明是正极,电极反应式为NaTi2(PO4)3+2e-+2Na+===Na3Ti2(PO4)3,据此解答。放电时b电极是正极,阳离子向正极移动,所以Na+向b极迁移,A正确;负极消耗氯离子,正极消耗钠离子,所以该电池可用于海水脱盐,B正确;a电极是负极,电极反应式为Cu2O+2H2O+Cl--2e-===Cu2(OH)3Cl+H+,C正确;若以Ag/AgCl电极代替a极,此时Ag失去电子,结合氯离子生成氯化银,所以电池不会失去储氯能力,D错误。
4.物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1A.Ag+由交换膜右侧向左侧迁移
B.B电极为正极,发生氧化反应
C.若外电路通过0.1 mol电子,则右侧溶液减小6.2 g
D.原电池的总反应是非氧化还原反应
解析:工作时,A电极的质量不断减小,故A电极为负极,发生氧化反应,B电极为正极,发生还原反应;由于装置中所用的隔膜为阴离子交换膜,所以N由交换膜右侧向左侧迁移,故A、B错误。若外电路通过0.1 mol电子,则右侧溶液中有0.1 mol N向左侧迁移,0.1 mol Ag+得到电子生成Ag,所以由
AgNO3　~　e-
170 g　　　1 mol
17.0 g　　　0.1 mol
可知,若外电路通过0.1 mol电子,则右侧溶液减小17.0 g,故C错误。负极的电极反应式为Ag-e-===Ag+,正极的电极反应式为Ag++e-===Ag,总反应为非氧化还原反应,故D正确。
5.(2025·山东卷改编)全铁液流电池工作原理如图所示,两电极分别为石墨电极和负载铁的石墨电极。下列说法正确的是(　C　)
A.隔膜为阳离子交换膜
B.放电时,a极为正极
C.充电时,隔膜两侧溶液Fe2+浓度均减小
D.理论上,Fe3+每减少1 mol,Fe2+总量相应增加2 mol
解析:全铁液流电池工作原理为2Fe3++Fe===3Fe2+,a极发生反应:Fe-2e-===Fe2+,则a极为负载铁的石墨电极,作负极,b极发生反应:Fe3++e-===Fe2+,则b极为石墨电极,作正极,据此解题。隔膜需防止右侧的Fe3+进入左侧,应使用阴离子交换膜,A错误;根据分析,放电时,a极为负极,b极为正极,B错误;充电时,a极接电源负极,为阴极,电极反应式为Fe2++2e-===Fe,b极接电源正极,为阳极,电极反应式为Fe2+-e-===Fe3+,两极的Fe2+均减少,C正确;根据总反应方程式2Fe3++Fe===3Fe2+可知,Fe3+减少1 mol,Fe2+增加1.5 mol,D错误。
6.(2025·湖南衡阳模拟)钒电池利用不同价态的含钒离子发生反应实现电力的储存和释放,其装置如图所示。下列有关叙述错误的是(　A　)
A.充电时,右侧储液罐中V2+浓度不断减小
B.充电时,电极A的电极反应式为VO2++H2O-e-===V+2H+
C.放电时,总反应方程式为V+V2++2H+===VO2++V3++H2O
D.增大含钒离子的浓度可以增大电池容量
解析:
项目 电极 电极名称 电极反应 总反应
充电时 (电解池) A 阳极 VO2++H2O-e-===V+2H+ VO2++H2O+ V3+===V +2H++V2+
B 阴极 V3++e-===V2+
放电时 (原电池) A 正极 V+2H++e-===VO2++H2O V+V2++ 2H+===VO2+ +V3++H2O
B 负极 V2+-e-===V3+
充电时,右侧储液罐中发生反应V3++e-===V2+,V2+浓度不断增大,A项错误;充电时,电极A的电极反应式为VO2++H2O-e-===V+2H+,B项正确;放电时,总反应方程式为V+V2++2H+===VO2++V3++H2O,C项正确;增大含钒离子的浓度,即增大了储液罐中含钒离子的物质的量,电池容量会增大,D项正确。(共23张PPT)
第七章　化学反应与能量转化
素养微专题(十二)　新型化学电源
目
录
强化训练
专题精讲
一
专题精讲
1.新型化学电源中电极反应式的书写
(1)电极反应式书写的一般方法
(2)已知总反应式的复杂电极反应式的书写方法
①首先写出较简单的电极反应式。
②复杂电极反应式=总反应式-简单电极反应式。
③注意得失电子守恒。
2.可充电电池分析的一般思路
(1)首先应分清电池是放电还是充电,放电时是原电池反应,充电时是电解池反应。
(2)再判断出正、负极或阴、阳极,明确离子的移动方向。
放电:阳离子→正极,阴离子→负极;充电:阳离子→阴极,阴离子→阳极。
(3)写出放电时的电极反应式,将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
(4)结合题目要求,综合分析,解答问题。
3.浓差电池分析的一般思路
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。
4.复杂载体电极反应分析的一般思路
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。
二
强化训练
1.(2025·安徽合肥二模)“热电池”是高温熔融盐一次电池,在航空航天领域有广泛应用,采用LiAl、LiSi等合金作电极比纯锂安全性更好。某热电池工作原理如图所示,放电时,1 mol FeS2完全反应时得到4 mol电子。下列说法错误的是(　　)
A.电子流向:LiAl极→用电器→FeS2极
B.若1 mol Li0.9Al转化为Li0.08Al,则FeS2消耗98.4 g
C.正极的电极反应式为FeS2+4Li++4e-===Fe+2Li2S
D.热电池的正极材料需要具备高温下的热稳定性和物理稳定性
B
解析:由图示可知,LiAl极为负极,FeS2极为正极,负极锂比铝活泼,放电时锂优先失电子生成锂离子,负极反应式为Li-e-===Li+,正极反应式为FeS2+4Li++4e-===Fe+2Li2S。电池放电时,电子由负极经外电路流向正极,即电子流向:LiAl极→用电器→FeS2极,A正确;放电时,1 mol Li0.9Al转化为Li0.08Al的反应式为Li0.9Al-0.82e-===Li0.08Al+0.82Li+,正极反应式为FeS2+4Li++4e-===Fe+2Li2S,当转移0.82 mol电子时,消耗0.205 mol FeS2,质量为0.205 mol×120 g/mol=24.6 g,B错误;由分析可知,正极电极反应式为FeS2+4Li++4e-===Fe+2Li2S,C正确;热电池的正极材料需要具备高温下不易分解,不易与其他物质反应的性质,即具备高温下的热稳定性和物理稳定性,D正确。
2.(2023·山东卷改编)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:Cu2++4NH3===[Cu(NH3)4]2+
D.NH3扩散到乙室不会对电池电动势产生影响
C
解析:向甲室加入足量氨水后电池开始工作,则甲室Cu电极溶解,变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2+,因此甲室Cu电极为负极,故A错误;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,通入氨气要消耗铜离子,显然左侧阳离子不断减小,明显不利于电池反应正向进行,故B错误;负极反应是Cu-2e-+4NH3===[Cu(NH3)4]2+,正极反应是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。
3.(2025·黑吉辽蒙卷)一种基于Cu2O的储氯电池装置如图,放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极,b极仍增重。关于图中装置所示电池,下列说法错误的是(　　)
A.放电时Na+向b极迁移
B.该电池可用于海水脱盐
C.a极反应:Cu2O+2H2O+Cl--2e-===Cu2(OH)3Cl+H+
D.若以Ag/AgCl电极代替a极,电池将失去储氯能力
D
解析:放电过程中a极的Cu2O变成Cu2(OH)3Cl,铜元素化合价升高,这说明a电极是负极,电极反应式为Cu2O+2H2O+Cl--2e-===Cu2(OH)3Cl+H+,b电极中钠元素从Na+变成N,化合价降低,说明是正极,电极反应式为NaTi2(PO4)3+2e-+2Na+===Na3Ti2(PO4)3,据此解答。放电时b电极是正极,阳离子向正极移动,所以Na+向b极迁移,A正确;负极消耗氯离子,正极消耗钠离子,所以该电池可用于海水脱盐,B正确;a电极是负极,电极反应式为Cu2O+2H2O+Cl--2e-===Cu2(OH)3Cl+H+,C正确;若以Ag/AgCl电极代替a极,此时Ag失去电子,结合氯离子生成氯化银,所以电池不会失去储氯能力,D错误。
4.物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1A.Ag+由交换膜右侧向左侧迁移
B.B电极为正极,发生氧化反应
C.若外电路通过0.1 mol电子,则
右侧溶液减小6.2 g
D.原电池的总反应是非氧化还原反应
D
解析:工作时,A电极的质量不断减小,故A电极为负极,发生氧化反应,B电极为正极,发生还原反应;由于装置中所用的隔膜为阴离子交换膜,所以N由交换膜右侧向左侧迁移,故A、B错误。若外电路通过0.1 mol电子,则右侧溶液中有0.1 mol N向左侧迁移,0.1 mol Ag+得到电子生成Ag,所以由
AgNO3　~　e-
170 g　　　1 mol
17.0 g　　　0.1 mol
可知,若外电路通过0.1 mol电子,则右侧溶液减小17.0 g,故C错误。负极的电极反应式为Ag-e-===Ag+,正极的电极反应式为Ag++e-===Ag,总反应为非氧化还原反应,故D正确。
5.(2025·山东卷改编)全铁液流电池工作原理如图所示,两电极分别为石墨电极和负载铁的石墨电极。下列说法正确的是(　　)
A.隔膜为阳离子交换膜
B.放电时,a极为正极
C.充电时,隔膜两侧溶液Fe2+浓度均减小
D.理论上,Fe3+每减少1 mol,Fe2+总量相
应增加2 mol
C
解析:全铁液流电池工作原理为2Fe3++Fe===3Fe2+,a极发生反应:Fe-2e-===Fe2+,则a极为负载铁的石墨电极,作负极,b极发生反应:Fe3++e-===Fe2+,则b极为石墨电极,作正极,据此解题。隔膜需防止右侧的Fe3+进入左侧,应使用阴离子交换膜,A错误;根据分析,放电时,a极为负极,b极为正极,B错误;充电时,a极接电源负极,为阴极,电极反应式为Fe2++2e-===Fe,b极接电源正极,为阳极,电极反应式为Fe2+-e-===Fe3+,两极的Fe2+均减少,C正确;根据总反应方程式2Fe3++Fe===3Fe2+可知,Fe3+减少1 mol,Fe2+增加1.5 mol,D错误。
6.(2025·湖南衡阳模拟)钒电池利用不同价态的含钒离子发生反应实现电力的储存和释放,其装置如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A.充电时,右侧储液罐中V2+浓度不断减小
B.充电时,电极A的电极反应式为
VO2++H2O-e-===V+2H+
C.放电时,总反应方程式为
V+V2++2H+===VO2++V3++H2O
D.增大含钒离子的浓度可以增大
电池容量
A
解析:
项目 电极 电极名称 电极反应 总反应
充电时 (电解池) A 阳极 VO2++H2O-e-===V+2H+ VO2++H2O+V3+
===V+2H++V2+
B 阴极 V3++e-===V2+
放电时 (原电池) A 正极 V+2H++e-===VO2++H2O V+V2++2H+===
VO2++V3++H2O
B 负极 V2+-e-===V3+
充电时,右侧储液罐中发生反应V3++e-===V2+,V2+浓度不断增大,A项错误;充电时,电极A的电极反应式为VO2++H2O-e-===V+2H+,B项正确;放电时,总反应方程式为V+V2++2H+===VO2++V3++H2O,C项正确;增大含钒离子的浓度,即增大了储液罐中含钒离子的物质的量,电池容量会增大,D项正确。
Thank you
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