新型化学电源题目的解题技巧
探究任务 | 依据原电池工作原理，分析认识新型化学电源，增强科技意识。提升科学态度与社会责任的化学核心素养。 |
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1．新型电池的正、负极的判断
由反应物、反应产物或反应方程式，根据元素的常规价态去判断即可： 新型电池中
第一步：分析物质得失电子情况，据此确定正极、负极上发生反应的物质。
第二步：分析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。
第三步：写出比较容易书写的电极反应式。
第四步：若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。
3．新型电池充、放电对阴极、阳极的判断
首先应弄明白原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，正极接阳极、负极接阴极的原理进行分析。充电时的电极反应是放电时电极反应的逆过程。
4．新型电池充、放电时电解质溶液中离子移动方向
首先应分清电池是放电还是充电，放电时为原电池，再判断出正、负极。原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，进而确定离子的移动方向。
【例题】 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图。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．放电时，b电极每减少0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化
D．放电时，a电极作正极
C [根据图像可知，放电时，b极锌失电子生成锌离子，作电池的负极；a极I2Br－得电子生
成溴离子和碘离子。放电时，a电极作正极，I2Br－得电子生成溴离子和碘离子，反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A、D正确；放电时，负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，溶液中离子的数目增大，B正确；放电时，b电极发生Zn－2e－===Zn2＋，每减少0.65 g，即减少0.01 mol Zn，则转移0.02 mol电子，a电极发生I2 Br－＋2e－===2I－＋Br－，溶液中有0.02 mol I－生成，C错误。]
1．某海军航空站安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600～700 ℃，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，已知该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O，负极反应式为2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2，则下列推断中正确的是( )
A．正极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．该电池的电极没有参加反应
C．电池供应1 mol水蒸气，转移的电子数为4 mol
D．O2从正极通入，发生氧化反应
B [该电池为氢氧燃料电池，负极是H2，发生氧化反应，正极是O2，发生还原反应，D项错误；燃料电池电极本身不参加反应，B项正确；由总反应式可知，电池供应1 mol水蒸气，转移的电子数为2 mol，C项错误；由总反应式减去负极反应式得正极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO，A项错误。]
2．锂—铜空气燃料电池(如图)容量高、成本低，该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法错误的是( )
A．整个反应过程中，氧化剂为O2
B．放电时，正极的电极反应式为：Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
C．放电时，当电路中通过0.1 mol电子的电量时，有0.1 mol Li＋透过固体电解质向Cu极移动，有标准状况下1.12 L氧气参与反应
D．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O
C [该电池工作过程中，通入空气将Cu腐蚀生成Cu2O，Cu2O在正极放电又被还原成Cu，整个过程中，氧化剂为O2，A、D项正确；放电时正极的电极反应式为：Cu2O＋2e－＋H2O===2Cu＋2OH－，B项正确；放电时负极反应式为：Li－e－===Li＋，电路中通过0.1 mol电子生成0.1 mol Li＋，Li＋透过固体电解质向Cu极移动，反应中消耗O2的物质的量为＝0.025 mol，在标准状况下O2的体积为0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.56 L，C项错误。]
“绿水青山就是金山银山”，利用原电池原理治理各种污染是科研工作人员致力研究的重要课
题之一。
1．硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国最近在太阳能光电催化－化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。
(1)指出a极和b极的名称，并写出电极反应式。
(2)结合离子方程式分析H2S气体去除的原理。
(3)在工作过程中a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液吗？
提示：(1)从图示可以看出电子从a极出发，故a极为负极，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋；b极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)除去H2S的过程涉及两个反应步骤，第一步Fe2＋在电极上发生反应Fe2＋－e－===Fe3＋；第二步，生成的铁离子氧化硫化氢生成硫单质，离子方程式为2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。
(3)不需要。
2．氮的氧化物是造成大气污染的主要物质，当前氮的氧化物的污染日趋严重。氮的氧化物的主要来源之一为汽车尾气，某科研小组构想将汽车尾气(NO、NO2)转化为重要的化工原料HNO3，其原理如图所示，其中A、B为多孔材料。写出两电极的电极反应式，若电池消耗标准状况下的2.24 L O2，则通过质子交换膜的H＋的物质的量是多少？
提示：电极A上通入的是尾气(NO、NO2)，故电极反应式为NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋、NO2＋H2O－e－===NO＋2H＋，电极B上通入O2，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。电池消耗标准状况下的2.24 L O2时转移电子的物质的量为0.1 mol×4＝0.4 mol，根据电子守恒规律可以得出通过质子交换膜的H＋的物质的量为0.4 mol。
3．碳排放是影响气候变化的重要因素之一。
(1)最近，科学家开发出一种新系统，“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，生成电能和氢气，其工作原理如图所示。
写出生成氢气的电极反应式和此电池的总方程式。
(2)国内最新研究，实现CO2的固定和储能的多功能电化学反应装置，如图所示。该装置充放
电过程并不完全可逆，即充电过程C不参与反应。放电过程反应方程式为4Li＋3CO2===2Li2CO3＋C。
写出放电时正极的电极反应式。充电时电极A应接外接电源的正极还是负极？
提示：(1)氢气在b电极产生，其电极反应式为2CO2＋2H2O＋2e－===2HCO＋H2，a电极反应式为Na－e－===Na＋，因此电池的总反应式为2Na＋2CO2＋2H2O===2NaHCO3＋H2。
(2)放电过程为原电池，根据放电过程反应方程式为4Li＋3CO2===2Li2CO3＋C，正极上二氧化碳得到电子生成Li2CO3和C，电极反应式为4Li＋＋3CO2＋4e－===2Li2CO3＋C。电极A的材料是金属锂，为电池的负极，因此充电时应接外接电源的负极。
通过对本情境各种原电池(化学电源)的工作原理的探究，提升了证据推理与模型认知的化学核心素养。
1．有一种锂电池，用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯()中形成的，电池总反应方程式为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。下列叙述正确的是( )
A．电解质溶液中混入水，对电池反应无影响
B．金属锂作电池的正极，石墨作电池的负极
C．在电池工作过程中，亚硫酰氯(SOCl2)被还原为Li2SO3
D．在电池工作过程中，金属锂提供的电子与正极析出硫的物质的量之比为4∶1
D [Li的化学性质活泼，易与水发生反应：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故电解质溶液应为
非水溶液，A项错误；由电池总反应式可知，Li失电子，作电池的负极，石墨作电池的正极，B项错误；电池工作过程中，SOCl2被还原为S，C项错误；由电池总反应式知，8 mol Li参与反应，提供8 mol电子，同时在正极析出2 mol S，D项正确。]
2．一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极，插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为2C2H6＋7O2＋8KOH===4K2CO3＋10H2O，有关此电池的推断正确的是( )
A．放电一段时间后，负极周围溶液的pH增大
B．正极反应式为14H2O＋7O2＋28e－===28OH－
C．每消耗1 mol C2H6，则电路中转移12 mol电子
D．放电过程中KOH溶液的物质的量浓度不变
B [负极发生氧化反应，电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O，负极消耗OH－，负极周围溶液的pH减小，A错误；正极发生还原反应，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，B正确；由负极反应式可知每消耗1 mol C2H6，电路中转移14 mol电子，C错误；该电池总反应为2C2H6＋7O2＋8KOH===4K2CO3＋10H2O，KOH参加反应，物质的量减少，且有水生成，所以KOH溶液的物质的量浓度减小，D错误。]
3．铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池，电池结构如图所示，工作原理为Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋。下列说法一定正确的是( )
A．电池充电时，b极的电极反应式为Cr3＋＋e－===Cr2＋
B．电池放电时，b极的电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋
C．电池放电时，Cl－从b极穿过选择性透过膜移向a极
D．电池放电时，电路中每通过0.1 mol电子，Fe3＋浓度降低0.1 mol·L－1
A [解本题的关键是要知道放电过程为原电池工作原理，充电过程为电解池工作原理，结合原理示意图确定电极反应。放电时负极b发生氧化反应：Cr2＋－e－===Cr3＋，充电时该电极发生还原反应：Cr3＋＋e－===Cr2＋，A项正确、B项错误；放电时阴离子向负极b移动，C项错误；电池放电时，电路中每通过0.1 mol电子，Fe3＋的物质的量减少0.1 mol，D项错误。]
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