2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第9章热点专题突破6新型化学电源的原理分析

新型化学电源的原理分析

(1)正、负极的判断

新型电池中

(2)“放电”时正极、负极电极反应式的书写

①首先分析物质得失电子的情况。

②然后再考虑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。

③对于较为复杂的电极反应，可以利用“总反应式－较简单一极的电极反应式＝较复杂一极的电极反应式”的方法解决。

(3)“充电”时阴极、阳极的判断

①首先应搞明白原电池放电时的正、负极。

②再根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。

③电极反应式：放电时的负极与充电时的阴极、放电时的正极与充电时的阳极分别互逆。

(4)新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断

①首先应分清是放电还是充电。

②再判断出正、负极或阴、阳极。

放电：阳离子―→正极，阴离子―→负极；

充电：阳离子―→阴极，阴离子―→阳极；

总之：阳离子―→发生还原反应的电极；

阴离子―→发生氧化反应的电极。

　(2019·天津高考)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌­碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)

A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－

B．放电时，溶液中离子的数目增大

C．充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化

D．充电时，a电极接外电源负极

解析　根据题图，左侧a极发生I2Br－＋2e－===2I－＋Br－时，发生的是还原反应，右侧b极发生Zn－2e－===Zn2＋，可以得出总反应为I2Br－＋Zn===Zn2＋＋Br－＋2I－，故b为原电池负极，a为原电池正极。放电时，a极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A正确；放电时，由总反应可知离子数目增大，B正确；充电时，b极每增重0.65 g，被还原的Zn的物质的量为0.01 mol，则消耗0.02 mol I－，C正确；充电时，a极发生氧化反应，做阳极，接电源正极，D错误。

答案　D

　(2018·全国卷Ⅲ)一种可充电锂－空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是(　　)

A．放电时，多孔碳材料电极为负极

B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移

D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2

解析　放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处反应，说明电池内，Li＋向多孔碳材料电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳材料电极为正极，A错误。因为多孔碳材料电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳材料电极(由负极流向正极)，B错误。充电和放电时电池中离子的移动方向相反，放电时，Li＋向多孔碳材料电极移动，充电时向锂电极移动，C错误。根据图示和上述分析，可知放电时，电池的正极反应是O2与Li＋得电子转化为Li2O2－x，电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li＋，所以总反应为：2Li＋O2===Li2O2－x，充电时的反应与放电时的反应相反，所以充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D正确。

答案　D

1．已知：H2O2是一种强氧化剂。Mg­H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如图所示。该电池工作时，下列说法不正确的是(　　)

A．Mg电极是该电池的负极

B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应

C．该装置能将化学能转化为电能

D．溶液中Cl－向Mg电极移动

答案　B

解析　组成的原电池的负极被氧化，镁为负极，双氧水作为氧化剂，在石墨电极上被还原成水，发生还原反应，故B错误。

2．一种以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池的原理如图所示，其中YSZ为6～10%Y2O3掺杂的ZrO2固体电解质，下列有关叙述正确的是(　　)

A．电子通过外电路从b极流向a极

B．b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．电路中每转移0.1 mol电子，消耗0.28 L的CH4

D．O2－由正极通过固体电解质YSZ迁移到负极

答案　D

解析　该燃料电池中，通入甲烷的电极是负极、通入氧气的电极是正极，电子从a极沿导线流向b极，故A错误；b电极上氧气得电子生成O2－，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故B错误；温度和压强未知导致气体摩尔体积未知，所以无法计算甲烷体积，故C错误。

3．电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示，其中NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是(　　)

A．溶液中OH－向电极a移动

B．电极b上发生还原反应

C．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O

D．理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为3∶4

答案　D

解析　反应中NH3被氧化生成N2，而O2被还原生成OH－，根据得失电子守恒可知，n(NH3)∶n(O2)＝4∶3，D错误。

4．中国首个空间实验室——“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC)，它是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图，a、b、c、d均为Pt电极。下列说法正确的是(　　)

A．B区的OH－通过隔膜向a电极移动，A区pH增大

B．图中右管中的OH－通过隔膜向c电极移动，d电极上发生还原反应

C．c是正极，电极上的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑

D．当有1 mol电子转移时，b电极产生气体Y的体积为11.2 L

答案　B

解析　B区为阴极区，水电离出的H＋放电，OH－向a电极移动，A区水电离出的OH－放电，pH基本保持不变，A错误；气体Y为氢气，在c极反应：H2－2e－＋2OH－===2H2O，气体X是氧气，在d极发生还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以OH－向c极移动，B正确，C错误；D项，没给出标准状况，错误。