高一化学衔接培优讲座燃料电池一飞舟教育学生

[知识概括]一个反应：氧化还原反应两个转化：化学能和电能的相互转化三个条件：原电池、电解池和电镀池的形成条件四个池子：原电池、电解池、 电镀池、精炼池电化学知识是历年来的命题重点，几乎每年每套化学试卷中都有所涉及，有时出现在选择题中，有时出现在非选择题中。

在考查电化学基础知识的前提下，命题题材及角度出现新的变化特点，现主要以近几年电化学试题为例说明。

一、关注新型化学电源的高考命题角度新型电池一般具有高能环保，经久耐用，电压稳定，比能量高等特点，取材于这些新型电池的试题，既能体现化学的实用性，又能体现化学命题的时代性、新颖性，使试题在考查电化学知识的同时，又能较好地考查学生分析、灵活解答问题的能力，预测该种命题情景趋势将会继续。

1．可充电电池放电时电极极性判断及充电时与电源的连接(1)放电时新型电池中⎩⎪⎨⎪⎧ 负极材料⎩⎪⎨⎪⎧ 元素化合价升高的物质发生氧化反应的物质正极材料⎩⎪⎨⎪⎧ 元素化合价降低的物质发生还原反应的物质(2)可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。

2．可充电电池电极反应式的书写方法书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。

书写放电的电极反应式时，一般要遵守三步：第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质；第二，写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)；第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。

充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。

3．对溶液中离子的移动方向判断放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。

【例1】 (2011·安徽理综，12)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO 2＋2Ag ＋2NaCl===Na 2Mn 5O 10＋2AgCl 下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( ) A ．正极反应式：Ag ＋Cl －－e －===AgCl B ．每生成1 mol Na 2Mn 5O 10转移2 mol 电子C ．Na ＋不断向“水”电池的负极移动D ．AgCl 是还原产物【例2】 (2011·新课标全国卷，11)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe ＋Ni 2O 3＋3H 2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是( ) A ．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni 2O 3、负极为Fe B ．电池放电时，负极反应为Fe ＋2OH －－2e －===Fe(OH)2C ．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH 降低新高二化学培优导学案 电化学命题的探究D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O【例3】(2010·江苏，11)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。

下列说法正确的是A．该系统中只存在3种形式的能量转化B．装置Y中负极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化二、电化学与化学实验知识有机融合由于电化学在电极反应分析及电极反应式等知识中，要涉及到电极材料、电解液中离子等性质的分析，因而在电化学考查中就容易与化学实验融合在一起，如电解液的制备、净化、电极反应产物的检验、电化学装置的设计等等，这样就提高了试题的综合度，利于全面考查学生的基础知识及灵活解答问题的能力。

在崇尚知识立意、能力考查的命题原则下，相信该类试题将继续受到推崇。

【例4】(2010·大纲全国卷Ⅱ，29)右图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。

(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是(填编号)；①A管溶液由红变黄；②B管溶液由红变黄；③A管溶液不变色；④B管溶液不变色(2)写出A管中发生反应的反应式：______________________________________________；(3)写出B管中发生反应的反应式：______________________________________________；(4)检验a管中气体的方法是____________________________________________________；(5)检验b管中气体的方法是____________________________________________________；(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_________________。

三、在元素推断等知识中渗透电化学内容元素推断、物质推断、氧化还原反应、反应速率影响等知识也是命题考查的重点内容。

为了拓展知识考查的宽度，体现学科知识的密切相关性，故在该类问题中常设计一些简单的电化学知识考查，以提高试题的综合性，但难度不大。

【例5】X、Y、Z、W为按原子序数由小到大排列的四种短周期元素。

已知：①X可分别与Y、W形成X2Y、X2Y2、XW等共价化合物；②Z可分别与Y、W形成Z2Y、Z2Y2、ZW等离子化合物。

请回答：(1)Z2Y的化学式是____________。

(2)Z2Y2与X2Y反应的化学方程式是________________________________。

(3)如右图所示装置，两玻璃管中盛满滴有酚酞溶液的ZW饱和溶液，C(Ⅰ)、C(Ⅱ)为多孔石墨电极。

接通S1后，C(Ⅰ)附近溶液变红，两玻璃管中有气体生成。

一段时间后(两玻璃管中液面未脱离电极)，断开S1，接通S2，电流表的指针发生偏转。

此时：C(Ⅰ)的电极名称是(填“正极”或“负极”)，C(Ⅱ)的电极反应式是____________________。

(4)铜屑放入稀H2SO4中不发生反应，若在稀H2SO4中放入X2Y2，铜屑可逐渐溶解，该反应的离子方程式是___________________________________。

【新型电池的开发与利用训练】1．Harbermann等设计出利用Desulfovibrio desulfurcan菌种生成的硫化物作为介体的微生物燃料电池，电池内部有质子通过，该系统不经任何维护可连续运行5年。

该电池的负极反应式为S2－＋4H2O－8e－===SO2－4＋8H＋。

有关该电池的下列说法中正确的是()。

A ．若有1.12 L 氧气参与反应，则有0.2 mol 电子发生转移B ．质子由正极移向负极C ．该电池的总反应为S 2－＋2O 2===SO 2－4D ．正极的电极反应式为2O 2＋8e －＋4H 2O===8OH －2．以氨作为燃料的固体氧化物(含有O 2－)燃料电池，具有全固态结构、能量效率高的特点，另外氨气含氢量高，不含碳，易液化，方便运输和贮存，是很好的氢源载体。

其工作原理如图所示，下列关于氨固体氧化物燃料电池的说法正确的是( )。

A ．该电池工作时的总反应为4NH 3＋5O 2===4NO ＋6H 2OB ．固体氧化物作为电池工作的电解质，其作用是让电子在电池内移动C ．电池工作时，在接触面上发生的电极反应为2NH 3＋3O 2－－6e －===N 2＋3H 2O D ．外电路的电流方向为从电极a 流向电极b3．可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl 溶液或NaOH 溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。

下列说法正确的是( )。

A ．以NaCl 溶液或NaOH 溶液为电解液时，正极反应都为O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －B ．以NaOH 溶液为电解液时，负极反应为Al ＋3OH －－3e －===Al(OH)3↓C ．以NaOH 溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH 保持不变D ．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极4．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为3Zn ＋2K 2FeO 4＋8H 2O 放电充电3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH ，下列叙述不正确的是( )。

A ．放电时负极反应为Zn －2e －＋2OH －===Zn(OH)2B ．充电时阳极反应为Fe(OH)3－3e －＋5OH －===FeO 2－4＋4H 2OC ．放电时每转移3 mol 电子，正极有1 mol K 2FeO 4被氧化D ．放电时正极附近溶液的碱性增强5．大运会期间，深圳新能源汽车上有一种质子交换膜燃料电池，其工作原理如下图所示，下列叙述正确的是( )。

A ．通入氧气的电极发生氧化反应B ．通入氢气的电极为正极C ．总反应式为O 2＋2H 2=====点燃2H 2OD ．正极的电极反应式为：O 2＋4H ＋＋4e －===2H 2O6．磷酸燃料电池是目前较为成熟的燃料电池，其基本组成和反应原理如下：下列说法不正确的是( )。

A ．在改质器中主要发生的反应为C x H y ＋x H 2O ――→800 ℃x CO ＋(x ＋y 2)H 2 B ．移位反应器中CO(g)＋H 2O(g)CO 2(g)＋H 2(g) ΔH ＞0，温度越高，CO 转化速率越大C ．负极排出的气体主要是CO 2D ．该电池正极的电极反应为O 2＋4H ＋＋4e －===2H 2O7．锂离子电池已经成为应用最广泛的可充电电池。

某种锂离子电池的结构示意图如图，其中两极区间的隔膜只允许Li＋通过。

电池充电时的总反应化学方程式为：LiCoO2===Li1－x CoO2＋x Li。

关于该电池的推论错误的是()。

A．放电时，Li＋主要从负极区通过隔膜移向正极区B．放电时，负极反应x Li－x e－===x Li＋C．充电时，将电能转化为化学能D．充电时，负极(C)上锂元素被氧化8．熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。

某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2－和HCO－3)为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。

该燃料电池负极电极反应式为：2C4H10＋26CO2－3－52e－===34CO2＋10H2O。

试回答下列问题：(1)该燃料电池的化学反应方程式为______________________________________；(2)正极电极反应式为____________________________________________。