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化学专题6化学反应与能量变化小专题突破4新型化学电源及电极反应式的书写[专题精讲]近几年高考中的新型化学电源种类繁多,如“生物燃料电池”“新型二次电池”“空气电池”“锂硫电池”等,这些新型化学电源常以选择题的形式呈现。解答这类考题,首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理,其次会判断正、负极或阴、阳极,以及会书写电极反应式等。1.电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写)列物质标得失—负极发生氧化反应正极发生还原反应—参加反应的微粒和得失电子数看环境配守恒—在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极产物,即看H+、OH-、H2O等是否参加反应遵守电荷守恒、质量守恒、得失电子守恒两式加验总式—两电极反应式相加,与总反应式对照验证2.已知总方程式,书写电极反应式(1)书写步骤步骤一:写出电池总反应式,标出电子转移的方向和数目(ne-)。步骤二:找出正、负极,失电子的电极为负极,得电子的电极为正极;确定溶液的酸碱性。步骤三:写电极反应式。负极反应:还原剂-ne-===氧化产物正极反应:氧化剂+ne-===还原产物(2)书写技巧若某电极反应式较难写时,可先写出较易写的电极反应式,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。如CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中,总反应式为CH3OCH3+3O2===2CO2+3H2O,正极反应式为3O2+12H++12e-===6H2O,则负极反应式为CH3OCH3+3H2O-12e-===2CO2↑+12H+。简单电极反应中转移的电子数必须与总反应式中转移的电子数相同。[专题精练]1.(新型化学电源在生产、生活中的最新应用)我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车的发展扫除了障碍,装置原理如图所示,其中固体薄膜只允许Li+通过。锂离子电池的总反应为xLi+Li1-xMn2O4放电充电LiMn2O4。下列有关说法错误的是()A.放电时,Li+穿过固体薄膜进入电解质水溶液中B.放电时,正极反应为Li1-xMn2O4+xLi++xe-===LiMn2O4C.充电时,电极b为阳极,发生氧化反应D.该电池的缺点是存在副反应2Li+2H2O===2LiOH+H2↑解析:选D。Li为活泼金属,放电时,发生氧化反应,故电极a为负极,阳离子从负极移向正极,即Li+穿过固体薄膜进入电解质水溶液中,然后移向电极b,A、B项正确;充电时,电池正极接外电源正极,发生氧化反应,电极b是阳极,C项正确;由于固体薄膜只允许Li+通过,水不能与Li接触,故不存在Li与水的反应,D项错误。2.(双选)我国科学家用毛笔书写后的纸张作为空气电极,设计并组装了轻型、柔性且可折叠的可充电锂空气电池(图甲),电池的工作原理如图乙。下列有关说法正确的是()A.放电时,纸张中的纤维素做锂电池的正极B.放电时,Li+由正极经过有机电解质溶液移向负极C.开关K闭合给锂电池充电,X为直流电源负极D.充电时,阳极的电极反应式为Li2O2-2e-===O2↑+2Li+解析:选CD。纤维素不导电,石墨导电,故放电时,纸张表面毛笔书写后留下的石墨做电池正极,A项错误;电池放电时,电解质中的阳离子移向正极,故锂电池放电时,带正电荷的Li+由负极经过有机电解质溶液移向正极,B项错误;充电时,直流电源负极与电池负极(金属锂)相连,故X为直流电源负极,C项正确;充电时,空气电极做阳极,此时Li2O2失去电子生成O2:Li2O2-2e-===O2↑+2Li+,D项正确。可充电电池电极反应式书写技巧书写电池电极反应式时,一般都是先书写放电的电极反应式。充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程,充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。根据正确书写的电极反应式,可顺利判断各电极周围溶液pH的变化。3.(1)(2018·高考天津卷)O2辅助的AlCO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式:___________________________________________。电池的正极反应式:6O2+6e-===6O·-26CO2+6O·-2===3C2O2-4+6O2反应过程中O2的作用是__________________________________________。该电池的总反应式:_____________________________________________。(2)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池。电池放电时的总反应为4Li+FeS2===Fe+2Li2S。正极反应式是__________________________________________________________________________。(3)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlCl-4和Al2Cl-7两种离子在Al电极上相互转化,其他离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为______________。解析:(1)该电池中Al做负极,电解质为含AlCl3的离子液体,故负极反应为Al-3e-===Al3+。正极为多孔碳电极,根据正极反应式,得正极总反应为6CO2+6e-===3C2O2-4,O2不参与正极的总反应,故O2为催化剂。将负极反应:2Al-6e-===2Al3+和正极反应:6CO2+6e-===3C2O2-4相加,可得该电池的总反应式为2Al+6CO2===Al2(C2O4)3。(2)正极发生还原反应,由总反应式知,FeS2(Fe显+2价)――→被还原Fe(Fe显0价)、FeS2(S显-1价)――→被还原Li2S(S显-2价),结合电解质溶液中含Li+可知,正极反应式为FeS2+4e-+4Li+===Fe+2Li2S或FeS2+4e-===Fe+2S2-。(3)因为没有其他离子放电,因此负极反应式为Al-3e-+7AlCl-4===4Al2Cl-7。答案:(1)Al-3e-===Al3+(或2Al-6e-===2Al3+)催化剂2Al+6CO2===Al2(C2O4)3(2)FeS2+4e-+4Li+===Fe+2Li2S(或FeS2+4e-===Fe+2S2-)(3)Al-3e-+7AlCl-4===4Al2Cl-74.(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极b做________极,表面发生的电极反应为________________________________。(2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示,该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。①X为________极,Y极反应式为_______________________________________。②Y极生成1molCl2时,________molLi+移向________(填“X”或“Y”)极。(3)一种以肼(N2H4)为液体燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气做氧化剂,KOH做电解质。负极反应式为_________________________________________________;正极反应式为__________________________________________________。解析:(1)从图示可以看出,左侧H2O转变成O2,O元素化合价升高,电极a为负极,电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,H+通过质子交换膜进入右侧发生反应,右侧通入的CO2转变成HCOOH,C元素化合价降低,电极b为正极,电极反应式为CO2+2e-+2H+===HCOOH。(2)根据装置可知,生成H2的电极为正极,生成Cl2的电极为负极。(3)根据装置可知,N2H4→N2为氧化反应,在负极上发生。答案:(1)正CO2+2e-+2H+===HCOOH(2)①正2Cl--2e-===Cl2↑②2X(3)N2H4-4e-+4OH-===N2↑+4H2OO2+4e-+2H2O===4OH-本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放
本文标题:(江苏选考)2021版新高考化学一轮复习 专题6 化学反应与能量变化 3 小专题突破4 新型化学电源
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