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(共23张PPT)
微专题7　突破新型化学电源
素养·目标定位
目 标 素 养
能依据原电池工作原理,分析认识新型化学电池,增强科技意识,提升科学态度与社会责任的化学学科核心素养
课堂·要点解读
知识讲解
1.突破新型燃料电池技术。
燃料电池是利用燃料与氧气或空气或其他氧化剂进行反应,将化学能直接转化成电能的一类化学电源,基本工作原理与原电池相同。
解答燃料电池题目的几个关键点:
(1)要注意介质是什么,是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
(2)通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧气。
(3)通过介质中离子的移动方向,可判断电池的正负极,同时考虑该离子是否参与靠近一极的电极反应。
2.突破二次电池技术。
二次电池放电遵循原电池原理,充电时遵循电解原理,其工作原理特点如下:
(1)新型电池放电。
①若给出新型电池的装置图:先找出电池的正、负极,即找出氧化剂和还原剂;再结合电解质确定出还原产物和氧化产物;最后判断相应的电极反应式的正误。
②若给出新型电池的总反应式:分析总反应式中各元素化合价的变化情况,找出氧化剂及其对应的还原产物,还原剂及其对应的氧化产物,最后考虑电解质是否参加反应,判断电极反应式的正误。
(2)新型电池充电。
①充电时阴极的电极反应是该电池放电时的负极反应的“逆反应”。
②充电时阳极的电极反应是该电池放电时的正极反应的“逆反应”。
(3)二次电池的题干条件如果已知总方程式,书写较难写的电极反应式时,可先写出较易的电极反应式,然后用总反应式减去较易写的电极反应式,即可得出较难写的电极反应式。
典型例题
【例1】 我国科技工作者研发了一种“酸碱混合硝酸”锌电池,其工作原理如图所示。图中“双极膜”中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在电场作用下分别向两极迁移。
D
【例2】 Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-===Li)和阳极反应(Li2O2+2h+===2Li++O2↑)对电池进行充电。
下列叙述错误的是(　　)。
A.充电时,电池的总反应为Li2O2===2Li+O2↑
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e-===Li2O2
C
解析:本题结合光催化充电过程,考查了Li-O2充电电池的工作原理。
根据电子守恒,将阴极反应和阳极反应相加可得充电时的总反应方程式:Li2O2═2Li+O2↑,A项叙述正确。根据题给信息,充电过程通过光照产生的电子和空穴实现光能转化为电能,B项叙述正确。放电时,带正电的Li+应向电池的正极移动,C项叙述错误。根据图示,放电时正极上O2转化为Li2O2,电极反应为2Li++2e-+O2═Li2O2,D项叙述正确。
B
【例4】[高考链接](2024新课标)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═2C6H12O7
B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C.消耗18 mg葡萄糖,理论上a电极有0.4 mmol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→a
C
1×10-4 mol=0.1 mmol,根据反应2C6H12O6+O2═2C6H12O7可知,1 mol C6H12O6参加反应时转移2 mol电子,据此计算0.1 mmol葡萄糖参加反应,a电极上流入电子的物质的量为0.2 mmol,故C项错误。放电时,血液中的阳离子由负极移向正极,则Na+迁移方向为b→a,故D项正确。

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