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1、常考点6新型化学电源方法突破一、锂电池与锂离子电池1.锂电池锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失电子被氧化为Li+,负极反应均为Li-e-=Li+,负极生成的Li+经过电解质定向移动到正极。2.锂离子二次电池(1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理,替代了传统的“氧化还原”原理。(2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为C6+xLi+xe-=LixC6;放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程:LixC6-xe-=C6+xLi+。(3)锂离子电池的正极材料一般为含Li+的化合物,目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等
2、。二、微生物燃料电池微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下,有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子,电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递,并通过外电路传递到正极形成电流,而质子通过质子交换膜传递到正极,氧化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。三、浓差电池1.在浓差电池中,为了限定某些离子的移动,常涉及“离子交换膜”。(1)常见的离子交换膜阳离子交换膜只允许阳离子(包括H+)和水分子通过阴离子交换膜只允许阴离子和水分子通过质子交换膜只允许H+和水分子通过(2)离子交换膜的作用能将两极区隔离,阻止两极物质发生
3、化学反应。能选择性地允许离子通过,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。(3)离子交换膜的选择依据离子的定向移动。2.“浓差电池”的分析方法浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差,离子均是由“高浓度”移向“低浓度”,依据阴离子移向负极区域,阳离子移向正极区域判断电池的正、负极,这是解题的关键。例1 利用如图所示装置可以将非氧化还原反应设计成原电池浓差电池。两侧半电池中的特定物质存在浓度差,导致半电池上发生的氧化还原反应程度不同,从而产生电势差。下列说法正确的是()编号 电极A电解质A 电解质B 电极BPt/H2(g)H+(aq)OH-(aq)Pt/H2(g)P
4、t/H2(g,p1)H+(aq,c)H+(aq,c)Pt/H2(g,p2)Pt/O2(g)H+(aq)OH-(aq)Pt/O2(g)A.号电池中,电极B上产生H2B.号电池中,电解质A中阳离子通过盐桥流入电解质BC.号电池中,若氢气压强p1p2,则A为负极D.号电池中,电池总反应为H+OH-=H2O,电极B为负极D解析浓度差电池放电时,两个电极区的电解质溶液浓度差会减小,当两个电极区的电解质浓度相等时放电停止,在浓差电池中,氧化剂多的电势高,作正极,还原剂多的电势低,作负极。号电池中,H+得到电子,A极作正极,B极为负极,发生4OH-4e-=O2+2H2O,B极产生O2,A错误;号电池中,H+
5、得到电子,A极作正极,根据原电池原理,阳离子移动到正极,B错误;号电池中,若氢气压强p1p2,在压强作用下B中H2失电子,B为负极,C错误;号电池中,根据总反应方程式及氧气作电极可知,电极反应中会有氧气生成,则B中的OH-生成O2,电解质B作还原剂,则B为负极,D正确。例2(2023安徽皖南八校一诊)一种新型电池装置如图所示。下列叙述错误的是()A.镍钴电极反应:N2H4+4OH-4e-=N2+4H2OB.区的Na+通过a交换膜向区迁移,Cl-通过b交换膜向区迁移C.该装置工作时总反应:N2H4+4OH-+4H+=N2+4H2OD.该装置工作时利用了中和能C解析由图可知,铂电极发生的电极反应为4H+4e-=2H2,得电子为原电池的正极,镍钴电极发生的电极反应为N2H4+4OH-4e-=N2+4H2O,失电子为原电池的负极。镍钴电极反应为N2H4+4OH-4e-=N2+4H2O,A正确;原电池中阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移,所以区的Na+通过a交换膜向区迁移,Cl-通过b交换膜向区迁移,B正确;正负极反应式相加得到总反应,则该装置工作时总反应为N2H4+4OH-+4H+=N2+2H2+4H2O,C错误;根据正负极反应式可知,该装置工作时利用了中和能,D正确。
