高三化学一轮复习【新型电源及电极反应式的书写】

(2)LiFePO4电池(正极—LiFePO4，负极—Li，含Li＋导电固体为电解质)
已知：FePO4＋Li
放电 充电
LiFePO4，则
放电：
负极： Li－e－===Li＋ ； 正极： FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4 。 充电：
阴极： Li＋＋e－===Li ； 阳极： LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋ 。
1 mol
1 mol
可知若转移1 mol e－，石墨电极将增多1 mol Li＋，即增重7 g，D错误。
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5.我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，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
放电 ＋Li1－xMn2O4 充电 LiMn2O4。下列有关说法错误的是 A.放电时，Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中 B.放电时，正极反应为Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4 C.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↑
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解析 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＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中，然后移向 电极b，A、B项正确； 充电时，电池正极接电源正极，发生 氧化反应，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。
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，因电 解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同： ①酸性电解质：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 ②碱性电解质：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 ③固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－。 ④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－=== 2CO23－。 第三步，电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。
总反应：Li1－xMO2＋LixCn
放电 充电
Cn＋LiMO2
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题组三 复杂电极反应式的书写方法 6.铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)在水溶液中可形成许多微电池。将 含有 Cr2O27－的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上 Cr2O27－转化为 Cr3＋，其电极反应式为_C_r_2_O_27_－_＋__1_4_H_＋_＋__6_e_－_=_=_=_2_C__r3_＋_＋__7_H_2_O__。
C.放电时，正极反应为3CO2＋4e－===
＋C
D.充电时，正极反应为Na＋＋e－===Na2CO23－
√
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解析 根据电池的总反应知，放电时，负极反应：4Na－4e－===4Na＋ 正极反应：3CO2＋4e－===2CO23－＋C 充电时，阴极反应：4Na＋＋4e－===4Na 阳极反应：2CO23－＋C－4e－===3CO2 放电时，ClO－ 4 向负极移动。根据充电和放电时 的电极反应式知，充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2。
化物晶格中
√D.充电时，若转移1 mol e－，石墨电极将增重7x g
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解析 锂是摩尔质量最小的金属元素，因此制成 的电池具有很高的比能量，A正确； 根据总反应可判断，负极反应式为LixC6－xe－=== xLi＋＋C6，B正确； 从图示可知，放电时锂离子从石墨晶格中脱出，
通过电解质迁移到层状正极表面后嵌入正极氧化物晶格中，C正确； 充 电 时 ， 石 墨 (C6)电 极 嵌 入 Li ＋ 变 成 LixC6 ， 电 极 反 应 式 为 xLi ＋ ＋ C6 ＋ xe － ===LixC6，则石墨电极增重的质量就是Li＋的质量，根据关系式： xLi＋ ～ xe－
(3)高铁电池(负极—Zn，正极—石墨，电解质为浸湿的固态碱性物质)
已知：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O
放电 充电
3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，则
放电：
负极： 3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2 ； 正极： 2FeO24－＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ 。
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技巧点拨
根据题干信息找出放电粒子→正确判断产物→根据电子守恒配电子→ 根据电荷守恒配电荷(注意电解质的环境，酸性溶液还是碱性溶液，还 是非水体系)→根据质量守恒配原子。
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新型电源及电极反应式的书写
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)
2.新型燃料电池 (1)燃料电池常用的燃料 H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。 (2)燃料电池常用的电解质 ①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液； ③熔融氧化物；④熔融碳酸盐，如K2CO3；⑤质子交换膜等。
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(2)碱性介质(如KOH) 总反应式：_C_H__4_＋__2_O_2_＋__2_O_H_－_=__=_=_C_O__23－_＋__3_H__2O___。 负极：_C_H__4－__8_e_－_＋__1_0_O__H_－_=_=_=_C__O_23_－_＋__7_H_2_O__。 正极：_2_O_2_＋__8_e_－_＋__4_H__2O__=_=_=_8_O_H__－__。 (3)固体电解质(高温下能传导O2－) 总反应式：_C_H__4＋__2_O__2_=_=_=_C_O__2＋__2_H__2O__。 负极：_C_H__4－__8_e_－_＋__4_O__2_－_=_=_=_C_O__2_＋__2_H_2_O__。 正极：_2_O_2_＋__8_e_－_=_=_=_4_O__2－__。
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7.用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3－)已成为环境修复研究的热点之一。 Fe 还原水体中 NO－3 的反应原理如图所示。
(1)作负极的物质是_铁___。 (2)正极的电极反应式是_N__O_－ 3_＋__8_e_－_＋__1_0_H_＋_=_=_=__N_H_＋ 4_＋__3_H__2_O__。
3. 我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 Na—CO2 二 次 电 池 。 将 NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电 极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na 2Na2CO3＋C。下列说法错误的是 A.放电时， 向负极移动
B.充电时释放ClCOO－4 2，放电时吸收CO2
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8.下图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右， 电池的反应式为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为_x_S_＋__2_e_－_=_=_=_S_2x_－_ _(_或__2_N_a_＋_＋__x_S_＋__2_e_－__=_=_=_N_a_2_S_x_) _。M(由Na2O和Al2O3制得)的
(3)燃料电池电极反应式书写的常用方法 第一步，写出电池总反应式。 燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则 总反应为加合后的反应。 如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下： CH4＋2O2===CO2＋2H2O ① CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ② ①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋ 3H2O。
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2.(1)肼分子(H2N—NH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气 与KOH溶液组成碱性燃料电池，请写出该电池的负极、正极反应式： _N_2_H_4_－__4_e_－_＋__4_O__H_－__=_=_=_4_H_2_O_＋__N__2_、_O_2_＋__4_e_－_＋__2_H_2_O__=_=_=_4_O_H__－_。 (2)化学家正在研究尿素动力燃料电池，用这 种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产 生净化的水，又能发电。尿素燃料电池结构 如图所示，写出该电池的负极反应式： _C_O__(N__H_2_)_2＋__H__2O__－__6_e_－_=_=_=_C__O_2_＋__N_2_＋__6_H_＋__。
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练后反思
(1)新型燃料电池的分析模板
(2)解答燃料电池题目的几个关键点 ①通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。 ②注意介质的成分，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ③通过介质中离子的移动方向，可以判断电池的正负极，同时考虑该 离子参与靠近一极的电极反应。
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题组二 新型可逆电池
3.新型可逆电池
(1)铁镍电池(负极—Fe，正极—NiO2，电解液—KOH溶液)
已知：Fe＋NiO2＋2H2O
放电 充电
Fe(OH)2＋Ni(OH)2，则
放电：
负极： Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 ； 正极： NiO2＋2H2O＋2e－===Ni(OH)2＋2OH－ 。 充电：
阴极： Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－ ； 阳极： Ni(OH)2－2e－＋2OH－===NiO2＋2H2O 。
充电：
阴极： 3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－ ； 阳极： 2Fe(OH)3－6e－＋10OH－===2FeO24－＋8H2O 。
专题精练
题组一 新型燃料电池 1.以甲烷燃料电池为例，分析不同的环境下电极反应式的书写。 (1)酸性介质(如H2SO4) 总反应式：_C_H__4＋__2_O__2_=_=_=_C_O__2＋__2_H__2O__。 负极：_C_H__4－__8_e_－_＋__2_H__2_O_=_=_=_C__O_2_＋__8_H_＋__。 正极：_2_O_2_＋__8_e_－_＋__8_H__＋_=_=_=_4_H__2O__。
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放电 4.锂离子电池充放电电池总反应：LixC6＋Li1－xCoO2 充电 LiCoO2＋C6， 该电池充、放电的工作示意图如图。下列有关说法不正确的是 A.该电池具有很高的比能量 B.负极的反应式：LixC6－xe－===xLi＋＋C6 C.放电时，Li＋从石墨晶体中脱出回到正极氧
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归纳总结
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＋＋Cn，
正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2，