全国版2023年老高考化学二轮复习讲义专题11新型电池和电解原理的应用含解析.docxVIP

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[复习目标]1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能正确书写电极反应式和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。

考点一新型电池的分析应用

1．识别“交换膜”提取信息，书写电极反应式

(1)如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如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。

负极：2H2O－4e－===O2＋4H＋。

正极：2CO2＋4H＋＋4e－===2HCOOH。

(2)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。

负极：N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O。

正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。

2．辨析燃料电池不同“介质”，书写电极反应式

(1)按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。

①酸性介质，如H2SO4溶液：

负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。

正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋6H＋===3H2O。

②碱性介质，如KOH溶液：

负极：CH3OH－6e－＋8OH－===COeq\o\al(2－,3)＋6H2O。

正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋3H2O===6OH－。

③熔融盐介质，如K2CO3：

负极：CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(2－,3)===4CO2＋2H2O。

正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋3CO2===3COeq\o\al(2－,3)。

④掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导O2－：

负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。

正极：eq\f(3,2)O2＋6e－===3O2－。

碱性介质C―→COeq\o\al(2－,3)

其余介质C―→CO2

酸性介质H―→H＋

其余介质H―→H2O

(2)明确“充放电”书写电极反应式

①镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛的应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。

负极：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2。

阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O。

②某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))LiCoO2＋C6(x＜1)。则：

负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6。

正极：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2。

锂离子电池充放电分析

常见的锂离子电极材料

正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)

LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)

LiMPO4(M：Fe等)

负极材料：石墨(能吸附锂原子)

负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋nC

正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2

总反应：Li1－xMO2＋LixCneq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))nC＋LiMO2。

1．图解原电池工作原理

2．原电池装置图的升级考查

说明(1)无论是装置①还是装置②，电子均不能通过电解质溶液。

(2)在装置①中，由于不可避免会直接发生Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu而使化学能转化为热能，所以装置②的能量转化率高。

(3)盐桥的作用：原电池装置由装置①到装置②的变化是由盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：a.隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；b.通过离子的定向移动，构成闭合回路；c.平衡电极区的电荷。

(4)离子交换膜作用：由装置②到装置③的变化是“盐桥”变成“质子交换膜”。离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。

3.陌生原电池装置的知识迁移

(1)燃料电池

(2)二次电池

(一)全国卷真题汇编

1．(2022·全国乙卷，12)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