3 小专题突破6 新型化学电源及电极反应式的书写

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[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
放电 的总反应为 xLi＋Li1－xMn2O4 充电 LiMn2O4。下列有关说法错误的是
()
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第6章 化学反应与能量
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第6章 化学反应与能量
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(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_________________________________________。
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答案：(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ (2)CH4＋2O2＋2OH－===CO23－＋3H2O 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ CH4＋10OH－－8e－===CO23－＋7H2O
熔融碳酸盐做介质：H2－2e－＋CO23－===H2O＋CO2
酸做介质：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 正极碱熔做融介金质属：氧O化2物＋做4e介－＋质2：H2OO2=＋==44eO－=H=－=2O2－
熔融碳酸盐做介质：O2＋4e－＋2CO2===2CO23－
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第6章 化学反应与能量
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小专题突破6 新型化学电源及电极反应式的书写 ——证据推理与模型认知
化学
第6章 化学反应与能量
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[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。
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(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 1 mol Cl2 时，________mol Li＋移向________(填“X”或“Y”)极。
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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。
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简单电极反应中转移的电子数必须与总反应方程式中转移的电子数相同。
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3．氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应式总结
酸做介质：H2－2e－===2H＋ 负极碱熔做融介金质属：氧H化2物－做2e介－＋质2：OHH－2=－=2=e2－H＋2OO2－===H2O
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1.在电解水制取 H2 和 O2 时,为了增强导电性,常常要加入一些电解质,最好选用 ()
A.NaCl
B.HCl
C.CuSO4
D.Na2SO4
【解析】选 D。加入 NaCl 和 HCl 时,阳极氯离子放电生成氯气,A、B 错误;加入
CuSO4 时,阴极铜离子放电生成 Cu,C 错误。
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(4)Mg-AgCl 电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为 2AgCl＋ Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。 负极反应式为_____________________________________________________； 正极反应式为_____________________________________________________。
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可充电电池电极反应式书写技巧 书写可充电电池电极反应式时，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。
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(3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋8e－===4O2－ CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O (4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋4CO2＋8e－===4CO23－ CH4＋4CO23－－8e－===5CO2＋2H2O
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解析：选 BD。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 项正确；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 项错误；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。
↓
两式加 验总式 —两电极反应式相加，与总反应式对照验证
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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
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第6章 化学反应与能量
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2.用惰性电极电解饱和 Na2CO3 溶液,若保持温度不变,则一段时间后 ( ) A.溶液的 pH 变大
B.c(Na+)与 c(C )的比值变大 C.溶液浓度变大,有晶体析出 D.溶液浓度不变,有晶体析出 【解析】选 D。盛有饱和碳酸钠溶液的烧杯中插入惰性电极,保持温度不变,通电 时氢离子放电生成氢气,氢氧根离子放电生成氧气,即电解水,因温度不变,溶剂 减少后还是饱和溶液,则浓度不变,pH 不变,故 A 错误;因温度不变,溶剂减少后
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(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＋。
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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＋由负极经过有机电解质溶液移向正极 C．开关 K 闭合给锂电池充电，X 为直流电源正极 D．充电时，阳极的电极反应式为 Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋
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第6章 化学反应与能量
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(3)固体电解质(高温下能传导 O2－) 总反应式：___________________________________________________________； 正极反应式：_________________________________________________________； 负极反应式：_________________________________________________________。 (4)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3) 总反应式：___________________________________________________________； 正极反应式：_________________________________________________________； 负极反应式：_________________________________________________________。
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第6章 化学反应与能量
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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 负极发生氧化反应 参加反应的微粒 标得失 —正极发生还原反应—和得失电物解，质即溶看液H＋的、环O境H－中、要H生2O成等稳是定否的参电加极反应 遵守电荷守恒、质量守恒、得失电子守恒
还是饱和溶液,则 Na+和 C 的浓度不变,故 B 错误;因温度不变,溶剂减少后还 是饱和溶液,则溶液浓度不变,故 C 错误;原溶液为饱和溶液,温度不变,溶剂减少 时有晶体析出,溶液仍为饱和溶液,浓度不变,故 D 正确;选 D。
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4．(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_____________________________________。
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3．以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。 (1)酸性条件 总反应式：___________________________________________________________； 正极反应式：_________________________________________________________； 负极反应式：_________________________________________________________。 (2)碱性条件 总反应式：___________________________________________________________； 正极反应式：_________________________________________________________； 负极反应式：_________________________________________________________。
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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－===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↑
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。
答案：(1)正 CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH (2)①正 2Cl－－2e－===Cl2↑ ②2 X (3)N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (4)Mg－2e－===Mg2＋ 2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－
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第6章 化学反应与能量