1、专题讲座六 新型化学电源的解题方法 新型化学电源是高考中每年必考的知识点，随着全球能源逐渐枯竭，研发、推广新型能源迫在眉睫，因此，化学中的新型电源，成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。高考中的新型化学电源，有“氢镍电池”、“高铁电池”、“锌锰碱性电池”、“海洋电池”“燃料电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO 燃料电池)“锂离子电池”“银锌电池”、“钮扣电池”等，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。由于该类试题题材广、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。虽然该类试题貌似新颖、但应用的解题
2、原理还是原电池的知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。试题的考查形式主要有以下几种：1新型电池的正负极的判断该类电池一般会告诉相应的反应物、生成物或反应方程式，只要根据元素的常规价态去判断即可：【例 1】下图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料(S)涂覆在 TiO2 纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：TiO2/ShvTiO2/S*(激发态)TiO2/S*TiO2/SeI3 2e3I2TiO2/S3I2TiO2/SI3下列关于该电池叙述错误的是()A电池工作时，I离子在镀铂导电玻璃电极上放电B电池工作时，是将太阳能转化为电能C电池的
3、电解质溶液中 I和 I3 的浓度不会减少D电池中镀铂导电玻璃为正极【解析】太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，电极材料和电解质溶液只起到导电的作用。【答案】A【例 2】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为：3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。请回答下列问题：(1)高铁电池的负极材料是_。(2)放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应；已知负极反应式为 Zn2e2OH=Zn(OH)2，则正极反应式为_。(3)放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。Zn还原FeO24 3e4H2
4、O=Fe(OH)35OH正【解析】电池的负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。由高铁电池放电时总反应方程式可知，负极材料应为作还原剂的 Zn。由电池的总反应方程式负极反应式正极反应式可知，正极反应式为 FeO24 3e4H2O=Fe(OH)35OH，正极生成了 OH，碱性增强。2新型电池的电极反应式的书写第一步：分析物质得失电子情况，据此确定正极、负极上发生反应的物质。第二步：分析电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。第三步：写出比较容易书写的电极反应式。第四步：若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。(1)新型电池“放电”时正、负极电极反应
5、式的书写如：铅蓄电池PbPbO2(H2SO4 溶液)电极反应式的书写：负极：Pb2e=Pb2；Pb2SO24=PbSO4。把二者合起来，即负极反应式：Pb2eSO24=PbSO4。正极：PbO2 得电子变为 Pb2：PbO22e4H=Pb22H2O；Pb2跟 SO24 结合生成 PbSO4；Pb2SO24=PbSO4。把二者合起来，即正极反应式：PbO22e4HSO24=PbSO42H2O。总反应式正极反应式负极反应式，即PbO2Pb4H2SO24=2PbSO42H2O【例 3】如图装置是一种可充电电池，装置为电解池。装置的离子交换膜只允许 Na通过，已知电池充放电的化学方程式为：2Na2S2
6、NaBr3Na2S43NaBr，当闭合开关 K 时，X 电极附近溶液变红。下列说法正确的是()A闭合开关 K 时，钠离子从右到左通过离子交换膜B闭合开关 K 时，负极反应式为：3NaBr2e=NaBr32NaC闭合开关 K 时，X 电极反应式为：2Cl2e=Cl2D闭合开关 K 时，当有 0.1 mol Na通过离子交换膜时，X 电极上放出标准状况下气体 1.12 L【解析】当闭合开关 K 时，X 电极附近溶液变红”说明 X 是阴极，Y 为阳极，则电池的左侧是负极。在原电池中阳离子向正极移动，故 A 错；NaBr33NaBr，溴元素的化合价降低，是得到电子而不是失去，故 B 错；X 极是阴极，
7、发生的电极反应式为：2H2e=H2，故 C 错；“当有 0.1 mol Na通过离子交换膜时”说明转移了 0.1 mol电子，则 X 电极生成 0.05 mol H2，在标准状况下体积为 1.12 L，故 D正确。【答案】D(2)新型电池“充电”时阴、阳极的判断电池充电的实质就是把放电时发生的变化再复原的过程。即放电是原电池，充电是电解的过程。如铅蓄电池：解决该类题目时，首先应搞明白原电池放电时的正、负极，再根据电流充电时，阳极接正极，阴极接负极的原理，进行分析。【例 4】LiFePO4 新型锂离子动力电池以其独特的优势成为深圳大运会绿色能源的新宠。已知该电池放电时的电极反应式，正极：FePO
8、4Lie=LiFePO4，负极：Lie=Li。下列说法中正确的是()A充电时电池反应为 FePO4Li=LiFePO4B充电时动力电池上标注“”的电极应与外接电源的正极相连C放电时电池内部 Li向负极移动D放电时，在正极上是 Li得到电子被还原【解析】放电时的总反应式为 FePO4Li=LiFePO4，充电时总反应式为放电时的逆反应，A 错误；放电时，Li向正极移动，C 错误；由放电时正极反应式可知 Li价态不变，D 错误。【答案】B3电化学综合应用(1)原电池和电解池组合装置的分析。首先，由电极发生反应的类型、电子的流向或电流的方向、电极金属的活泼性、电解质溶液中离子的移动方向等判断电池的正
9、、负极，然后确定电解池的阴阳极，继而分析各电极的电极反应及实验现象。(2)多个电解池串联组合装置的分析无论是原电池还是电解池，无论是一个“池”还是多个任意“池”串联，在电路和电极上单位时间通过的电量相同。【例 5】用 FeCl3 酸性溶液脱除 H2S 后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解 pH1 的0.1 molL1 FeCl2 溶液，研究废液再生机理。记录如下(a、b、c 代表电压值)：序号电压/V阳极现象检验阳极产物xa电极附近出现黄色，有气泡产生有 Fe3、有 Cl2axb电极附近出现黄色，无气泡产生有 Fe3、无 Cl2bx0无明显变化无 Fe
10、3、无 Cl2(1)用 KSCN 溶液检验出 Fe3的现象是_。(2)中，Fe3产生的原因可能是 Cl在阳极放电，生成的 Cl2 将Fe2氧化。写出有关反应：_。(3)由推测，Fe3产生的原因还可能是 Fe2在阳极放电，原因是Fe2具有_性。溶液变红2Cl2e=Cl2，Cl22Fe2=2Cl2Fe3还原(4)中虽未检验出 Cl2，但 Cl在阳极是否放电仍需进一步验证。电解 pH1 的 NaCl 溶液做对照实验，记录如下：序号电压/V阳极现象检验阳极产物axc无明显变化有 Cl2cxb无明显变化无 Cl2NaCl 溶液的浓度是_molL1。与 对 比，得 出 的 结 论(写 出 两 点)：_。0
11、.2通过控制电压，证实了产生 Fe3的两种原因；通过控制电压，验证了 Fe2先于 Cl放电【解题思路】关键信息信息分析与迁移信息表明实验原理，通过控制电压来实现不同的实验目的信息对比实验，c(Cl)应相同信息Fe2Fe3，化合价升高，被氧化，本身具有还原性信息无 Cl2 生成，验证了 Fe2先于 Cl放电【解析】(1)用 KSCN 溶液检测 Fe3的现象是溶液变红色；(2)依据电解原理，氯离子在阳极失电子生成氯气，电极反应式为2Cl2e=Cl2，氯气具有氧化性，氧化亚铁离子生成铁离子，溶液变黄色，反应的离子方程式为 Cl22Fe2=2Fe32Cl；(3)由推测，Fe3产生的原因还可能是 Fe2
12、在阳极放电，元素化合价升高，依据氧化还原反应分析 Fe2具有还原性；(4)电解 pH 1 的 0.1 molL1 FeCl2 溶液，电解 pH1 的 NaCl溶液做对照实验，探究氯离子是否放电，需要在 Cl浓度相同的条件下进行，所以氯化钠溶液的浓度为 0.2 molL1；依据图表数据比较可知，电解 pH1 的 NaCl 溶液做对照实验与对比，通过控制电压证明了亚铁离子还原性大于氯离子，优先放电，说明生成铁离子有两种原因。专题总结解决电化学综合应用题的策略1燃料电池电极反应式的书写第一步：写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。如甲烷燃
13、料电池(电解质：NaOH 溶液)的反应式为CH42O2=CO22H2O CO22NaOH=Na2CO3H2O 式式得燃料电池总反应式为CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。第二步：写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，电解质溶液不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况；(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O。(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH。(3)固体电解质(高温下能传导 O2)环境下电极反应式：O24e=2O2。(4)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下电极反应式：O22
14、CO24e=2CO23。第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。电池的总反应式一电池正极反应式电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物 O2。2可充电电池的分析方法：(1)“正正负负”即原电池的正极充电时要与外接电源的正极相连，原电池的负极充电时要与外接电源的负极相连。(2)“颠颠倒倒”即原电池的正极反应倒过来，就是充电时电解池的阳极反应式。原电池的负极反应倒过来，就是充电时电解池的阴极反应式。题组训练1(2016安徽淮北一中月考)镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高而平稳。其中一种镁电池的反应为 xMgMo3S4MgxMo3S4
15、，下列说法错误的是()A放电时 Mg2向正极迁移B放电时正极反应为 Mo3S42xe=Mo3S2x4C充电时 Mo3S4 发生氧化反应D充电时阴极反应为 Mg22e=Mg解析 电池放电时，相当于原电池，电解质溶液中阳离子(Mg2)向正极迁移，A 正确；放电时，正极上 Mo3S4 发生还原反应，B 正确；充电时，形成电解池，Mo3S4 是产物，C 错误；充电时，阴极为阳离子(Mg2)发生还原反应，D 正确。答案 C2(2016湖北武汉实验中学月考)世博会中国馆、主题馆等建筑所使用的光伏电池，总功率达 4 兆瓦，是历届世博会之最。下列有关叙述正确的是()A光伏电池是将太阳能转变为电能B光伏电池是将
16、化学能转变为电能C电流从 a 流向 bD图中 N 型半导体为正极，P 型半导体为负极解析 根据图示可知，光伏电池是将太阳能直接转变为电能的装置，A 项正确，B 项错误；外电路中，电子从 a 流向 b，故电流从 b流向 a，C 项错误；由于电流从 P 型半导体流出，因此 P 型半导体为正极，D 项错误。答案 A3(2016西安高三检测)有四种燃料电池：A.固体氧化物燃料电池，B.碱性氢氧化物燃料电池，C.质子交换膜燃料电池，D.熔融盐燃料电池，下面是它们的工作原理示意图，其中正极反应生成水的是()解析 四种电池中正极均是氧气得电子，A 中正极无氢元素，O2得电子生成 O2，电极反应式为 O24e
17、=2O2；B 中正极电极反应式为 O24e2H2O=4OH；C 中正极电极反应式为 O24e4H=2H2O；D 中右端为正极，电极反应式为 O24e2CO2=2CO23。答案 C4(2016安徽蚌埠皖北高考学校第一次月考)下列实验装置，其中按要求设计正确的是()解析 由图知，电子是由与 a 相连的导线流出，故 a 处通 H2，b处通 O2，A 错误；该装置涉及化学能转化为电能、电能转化为光能和热能等，B 错误；负极的电极反应为 H22e2OH=2H2O，正极的电极反应为 O22H2O4e=4OH，C 正确；P 型半导体连接的是通 O2 的 b 极，即正极，D 错误。答案 C5(2016安徽安庆
18、示范高中联考)在酸性条件下发生的反应为AsO34 2I2H=AsO33 I2H2O，在碱性条件下发生的反应为AsO33 I22OH=AsO34 H2O2I。设计如图装置(C1、C2 均为石墨电极)，分别进行下述操作：.向 B 烧杯中逐滴加入浓盐酸.向 B 烧杯中逐滴加入 40%NaOH 溶液结果发现电流计指针均发生偏转。试回答下列问题：(1)两次操作中指针为什么发生偏转？_。(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之：_。两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能操作中加酸，c(H)增大，AsO34 得电子，I失电子，所以 C1 极是负极，C2 极是正极。操作中加碱
19、，c(OH)增大，AsO33 失电子，I2 得电子，此时，C1 极是正极，C2 极是负极。故发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流计指针偏转方向不同(3)操作 I 过程中 C1 棒上发生的反应为_。(4)操作过程中 C2 棒上发生的反应为_。(5)操作过程中，盐桥中的 K移向_烧杯溶液(填“A”或“B”)。2I2e=I2AsO33 2OH2e=AsO34 H2OA解析 由于酸性条件下发生反应 AsO34 2I2H=AsO33 I2H2O，碱性条件下发生反应 AsO33 I22OH=AsO34 H2O2I，二者都是氧化还原反应，而且满足构成原电池的三大要素：不同环境中的两电极(连接)；电解
20、质溶液(电极插入其中并与电极发生自发反应)；形成闭合回路。当加酸时，c(H)增大，C1 电极上发生反应 2I2e=I2，为负极；C2电极上发生反应 AsO34 2H2e=AsO33 H2O，为正极。当加碱时，c(OH)增大，C1电极上发生反应 I22e=2I，为正极；C2电极上发生反应 AsO33 2OH2e=AsO34 H2O，为负极。6(2016江西南昌二模)硫和硒(Se)、碲(Te)为同主族元素，在生产、生活中有着广泛用途。.SO2、CO2 的转化利用是净化环境、造福人类的有效途径。用电化学原理，将 SO2、CO2 转化成用途广泛的化工产品 H2SO4 和 CH3OH的装置如图所示：(1
21、)该装置的工作原理是_(填“原电池”或“电解池”)；(2)若 A 为 CO2，B 为 H2，C 为 CH3OH，则通入 H2 的一极为_；(3)若 A 为 SO2，B 为 O2，C 为 H2SO4，则 A 极的电极反应式为_。原电池负极SO22H2O2e=SO24 4H.硒是地壳中的稀有元素，工业上用硒鼓废料(主要成分为硒、碲、碳、铜、铁合金)回收精炼硒的一种工艺流程如下：已知：物理性质熔点沸点升华溶解性SeO2340 684 315 易溶于水TeO2733 1 260 450 微溶于水(1)硒的最高价氧化物对应水化物的化学式：_；(2)废气的主要成分是_；(3)步骤反应的化学方程式：_；步骤
22、反应的化学方程式：_；(4)根据表中数据，步骤中分离 SeO2 和 TeO2 的最佳方案是_。H2SeO4CO2 H2SeO3=SeO2H2O2H2SO3SeO2=Se2H2SO4 将温度控制在 315450之间使 SeO2 升华解析.(1)该装置为原电池装置。(2)氢元素从 0 价升到1 价，化合价升高，应在负极通入。(3)A 极的电极反应式为 SO22H2O2e=SO24 4H。.(1)Se 为第A 族元素，其最高价氧化物对应水化物的化学式为 H2SeO4。(2)混合气的成分为 SeO2、TeO2、CO2，经冷却后得到的废气为 CO2。(3)步骤反应的化学方程式为 H2SeO3=SeO2H2O；步骤反应的化学方程式为 2H2SO3SeO3=Se2H2SO4。(4)根据题干表中数据，将温度控制在 315450之间使 SeO2 升华即可分离SeO2 和 TeO2。