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解题技能 4 新型化学电源的高考 命题角度及解题指导

考能特训. 解题技能 4 新型化学电源的高考 命题角度及解题指导. 高考中的新型电池，有 “ 氢镍电池 ” 、 “ 高铁电池 ” 、 “ 锌 — 锰碱性电池 ” 、我国首创的 “ 海洋电池 ” 、 “ 燃料电池 ” （如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、 CO 燃料电池）、 “ 锂离子电池 ” 、 “ 银锌电池 ” 、 “ 纽扣电池 ” 等。这些电池一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量（单位质量释放的能量）高等特点。.

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解题技能 4 新型化学电源的高考 命题角度及解题指导

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  1. 考能特训 解题技能4 新型化学电源的高考 命题角度及解题指导 高考中的新型电池，有“氢镍电池”、“高铁电池”、“锌—锰碱性电池”、我国首创的“海洋电池”、“燃料电池”（如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO燃料电池）、“锂离子电池”、“银锌电池”、“纽扣电池”等。这些电池一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量（单位质量释放的能量）高等特点。

  2. 取材于这些知识点的试题，由于题材广、信息新、陌生度大，所以，大多数考生对这类试题感到难，而难在何处又十分迷茫。实际上这些题目主要考查的是学生迁移应用的能力。具体有以下几种考查角度：取材于这些知识点的试题，由于题材广、信息新、陌生度大，所以，大多数考生对这类试题感到难，而难在何处又十分迷茫。实际上这些题目主要考查的是学生迁移应用的能力。具体有以下几种考查角度： 角度一 新型电池“放电”时正极、负极的判断 【知识基础】在Zn-Cu原电池中，较活泼的金属材料作负极，较不活泼的金属材料或非金属材料作正极。负极：Zn-2e- Zn2+；正极：2H++2e- H2↑。

  3. 【解题指导】 新型电池中 元素化合价升高的物质 发生氧化反应的物质 负极材料 元素化合价降低的物质 发生还原反应的物质 正极材料

  4. 【典例导析1】被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn+2MnO2+H2O ZnO+2MnO（OH）。下列说 法正确的是 （ ） A.该电池的正极为锌 B.该电池反应中二氧化锰起催化剂作用 C.当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个 数为1.204×1023 D.电池正极反应式为2MnO2+2e-+2H2O 2MnO（OH）+2OH-

  5. 解析由总反应式可知,二氧化锰为氧化剂而不是催解析由总反应式可知,二氧化锰为氧化剂而不是催 化剂，锌为还原剂，应为原电池的负极，A、B错； 电子只能经外电路流动，而不能在电解液中流动， 电解液内电流的形成是由于阴、阳离子的定向移 动，C错；电池负极反应式为Zn-2e-+H2O ZnO+2H+, 用总反应式减去负极反应式得正极反应式 为2MnO2+2e-+2H2O 2MnO(OH)+2OH-。 答案D

  6. 角度二 新型电池“放电”时正极、负极上电极反应 式的书写 【知识基础】铅蓄电池［Pb-PbO2（H2SO4溶液）］ 电极反应的书写： 负极：①Pb-2e- Pb2+;②Pb2++SO PbSO4。 把二者合起来，即负极反应式：Pb-2e-+SO PbSO4。 正极：PbO2得电子变为Pb2+，①PbO2+2e-+4H+ Pb2++2H2O；Pb2+跟SO 结合生成PbSO4，②Pb2++SO PbSO4。把二者合起来，即正极反应式：PbO2 +2e-+4H++SO PbSO4+2H2O。 总反应式=正极反应式+负极反应式，即： PbO2+Pb+4H++2SO 2PbSO4+2H2O。

  7. 【解题指导】 首先分析物质得失电子的情况，然后再考虑电极反 应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。 对于较为复杂的电极反应，可以利用总反应-较简单 一极电极反应式=较复杂一极电极反应式的方法解决。

  8. 【典例导析2】（2009·广东，14）可用于电动汽车【典例导析2】（2009·广东，14）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：O2+2H2O+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

  9. 解析电池工作时，正极上O2得到电子被还原，电极解析电池工作时，正极上O2得到电子被还原，电极 反应为：O2+2H2O+4e- 4OH-,A正确；电解液为 NaOH溶液时，在负极上产生的是NaAlO2而不是 Ａl(OH)3,B错误；电池的总反应为：4Al+3O2+4NaOH 4NaAlO2+2H2O,消耗NaOH，pH减小;电池工作 时，电子通过外电路由负极流向正极。 答案A

  10. 角度三 新型电池“充电”时阴极、阳极的判断 【知识基础】充电的实质就是把放电时发生的变化再复原的过程。如铅蓄电池： 【解题指导】 首先应搞明白原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，阳极接正极，阴极接负极的原理，进行分析。

  11. 【典例导析3】（2009·浙江理综，12）市场上经常【典例导析3】（2009·浙江理综，12）市场上经常 见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。 它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金 属锂的载体），电解质为一种能传导Li+的高分子 材料。这种锂离子电池的电池反应式为： Li+2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2 下列说法不正确的是 （ ） A.放电时，负极的电极反应式：Li-e- Li+ B.充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原 反应 C.该电池不能用水溶液作为电解质 D.放电过程中Li+向负极移动

  12. 解析A项，Li从零价升至正价，失去电子，作为负解析A项，Li从零价升至正价，失去电子，作为负 极，正确；B项，反应逆向进行时，反应物只有一 种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反 应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与水反 应，故应为非水材料，正确；D项，原电池中阳离子 应迁移至正极失电子，故错。 答案D

  13. 角度四 新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移 动方向的判断 【知识基础】原电池中，阳离子移向正极，阴离子 移向负极，如Zn-Cu（稀H2SO4）电池中：H+移向 Cu极；SO 移向Zn极。电解池中，阳离子移向阴 极，阴离子移向阳极，符合带电微粒在电场中的运 动规律。 首先应分清电池是放电还是充电；再判断出正、负 极或阴、阳极，进而即可确定离子的移动方向。 【解题指导】

  14. 【典例导析4】（2008·广东，16改编）LiFePO4电池具有稳【典例导析4】（2008·广东，16改编）LiFePO4电池具有稳 定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。 电池反应为：FePO4+Li LiFePO4,电池的正极材 料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li+导电固体为 电解质。下列有关LiFePO4电池说法不正确的是（ ） A.可加入硫酸以提高电解质的导电性 B.放电时电池内部Li+向正极移动 C.充电过程中，电池正极材料的质量减少 D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li++e- LiFePO4

  15. 解析 由于Li能和稀H2SO4、H2O反应,因此电解质不 能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中， 阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电 过程是电解的过程,电解池的阳极失电子,即LiFePO4 -e- Li++FePO4，因此阳极材料（LiFePO4）质量 会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正 极反应。综合上述分析可知B、C、D正确。 答案A

  16. 迁移应用 1.下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应AsO +2I-+2H+ AsO +I2+H2O设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。

  17. 下列叙述正确的是 （ ） A.甲组操作时，微安表指针发生偏转 B.甲组操作时，溶液颜色不变 C.乙组操作时，C2作正极 D.乙组操作时，C1上发生的电极反应式为I2+2e- 2I-

  18. 解析甲组操作时发生的反应为AsO +2I- +2H+ AsO +I2+H2O，有碘单质生成，因此溶液的颜色变 深，但装置构成的原电池中两极直接接触（一极是 AsO /AsO ，另一极是I2/I-），呈短路状态，因此 微安表中无电流通过，A、B错；乙组操作时，由 于向图ⅡB烧杯中逐滴加入烧碱，此时原电池发生的 反应为AsO +I2+H2O AsO +2I-+2H+，此时C2 棒上发生氧化反应，作负极，C1棒上发生还原反 应，作正极，电极反应式为I2+2e- 2I-。 答案 D

  19. 2.科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它2.科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它 以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一 极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状 态下能传导O2-。下列对该燃料电池的说法不正确的是（） A.在熔融电解质中，O2-由负极移向正极 B.该电池的总反应是：C3H8+5O23CO2+4H2O C.电路中每通过5 mol电子，约有5.6 L标准状况下 的丙烷被完全氧化 D.通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为： C3H8-20e-+10O2-3CO2+4H2O

  20. 解析该燃料电池的化学原理是：C3H8+5O2 3CO2+4H2O，B正确；放电过程中通入丙烷的电极为 负极：C3H8-20e-+10O2-3CO2+4H2O,C正确； 通入O2的电极为正极：O2+4e-2O2-，产生的 O2-将向负极移动，A项错。 答案A

  21. 3.（2009·四川，29）新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位，可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO4）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：3.（2009·四川，29）新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位，可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO4）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下： 方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH3COO)2Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂,同时生成的乙酸及其他产物均以气体逸出。 方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。

  22. 在锂离子的电池中，需要一种有机聚合物作为正、在锂离子的电池中，需要一种有机聚合物作为正、 负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体 之一（用M表示）的结构简式如下： 请回答下列问题： （1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在 惰性气体氛围中进行。其原因是。

  23. （2）在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、（2）在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、 乙酸外，还有、 、 （填化学 式）生成。 （3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应 式为。 （4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式： 。 （5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸 亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反 应式为 。

  24. 解析 （1）LiFePO4中有Fe2+，Fe2+容易被氧化，所以 制备LiFePO4时要在无氧条件下操作。 （2）根据信息给定的方法一所发生的反应中的反应 物和部分生成物，再根据元素守恒，可写出该反应 的化学方程式： Li2CO3+2（CH3COO）2Fe+2NH4H2PO4 2LiFePO4 +4CH3COOH↑+2NH3↑+H2O↑+CO2↑。 （3）方法二中，阳极Fe放电生成Fe2+，Fe2+再与 H2PO 、Li+反应生成LiFePO4。 （5）该锂离子电池在充电过程中，阳极的LiFePO4 生成FePO4,则该电池放电时正极的反应是FePO4生成 LiFePO4,其电极反应式是FePO4+Li++e- LiFePO4。

  25. 答案（1）为防止亚铁化合物被氧化 （2）CO2 H2O NH3 （3）Fe+H2PO +Li+-2e- LiFePO4+2H+ （4） （5）FePO4+Li++e- LiFePO4

  26. 易错题重练 1.(2009·海南，12)已知：Fe2O3(s) +C(s) CO2(g)+2Fe(s)ΔH1=+234.1 kJ/mol（1） C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH2=-393.5 kJ/mol（2） 则2Fe(s)+O2(g)Fe2O3(s) 的ΔH是（） A.-824.4 kJ/molB.-627.6 kJ/mol C.-744.7 kJ/molD.-169.4 kJ/mol 解析×（2）-（1）就可得2Fe(s)+O2(g) Fe2O3(s)，则ΔH=ΔH2-ΔH1=-824.4 kJ/mol。 A

  27. 2.用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水（含Cl-、Br-、2.用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水（含Cl-、Br-、 Na+、Mg2+）的装置如图所示（a、b为石墨电 极）。下列说法中，正确的是 （ ）

  28. A.电池工作时，正极反应式为：O2+2H2O+4e- 4OH- B.电解时，a电极周围首先生成Cl2 C.电解时，电子流动路径是：负极→外电路→阴 极→溶液→阳极→正极 D.忽略能量损耗，当电池中消耗0.02 g H2时，b极 周围会产生0.02 g H2

  29. 解析 由于磷酸为电解质，电池的正极反应为： O2+4H++4e- 2H2O,A错；a电极与原电池正极相 连，为电解池的阳极，由于Br-还原性强于Cl-，因 此Br-先放电，B错；电解时，电子流动路径是： 负极→阴极，阳极→正极，电子不能从溶液中通 过，C错；根据通过的电子守恒，当电池中消耗 0.02 g H2时，b极周围会产生0.02 g H2,D对。 答案D

  30. 3.下列热化学方程式书写正确的是（ΔH的绝对值3.下列热化学方程式书写正确的是（ΔH的绝对值 均正确）（） A.C2H5OH（l）+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-1 367.0 kJ/mol(燃烧热) B.NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=+57.3 kJ/mol（中和热） C.S（s）+O2(g)SO2(g)ΔH=-269.8 kJ/mol (反应热) D.Fe+SFeSΔH=-95.6 kJ/mol（反应热） C

  31. 4.下列有关热化学方程式的叙述正确的是（ ） A.已知2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ/mol，则氢气的燃烧热为241.8 kJ B.已知C（石墨，s） C（金刚石，s） ΔH＞0,则金刚石比石墨稳定 C.含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和， 放出28.65 kJ的热量，则表示该反应中和热的 热化学方程式为：NaOH(aq)+HCl(aq) NaCl(aq)+H2O(1) ΔH=-57.3 kJ/mol D.已知2C(s)+2O2(g) 2CO2(g) ΔH1 2C(s) +O2(g) 2CO(g) ΔH2,则ΔH1＞ ΔH2

  32. 解析H2的燃烧热应该以生成液态水为标准，所 以A不正确；由于石墨转变为金刚石的ΔH＞0， 所以金刚石的内能比石墨的高，内能越高越不稳 定，B不正确；同物质的量的碳完全燃烧（生成 CO2）放出的热量要比不完全燃烧（生成CO）放 出的热量多，所以ΔH1＜ΔH2,D不正确。 答案C

  33. 5.某同学按如图所示的装置进行实验，A、B为常5.某同学按如图所示的装置进行实验，A、B为常 见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合 后，在交换膜处 从右向左移动。下列分 析不正确的是 （ ） A.溶液中c(A2+)增大 B.B的电极反应：B-2e- B2+ C.y电极上有Cl2产生，发生氧化反应 D.反应初期x电极周围出现白色沉淀，随后沉淀 消失

  34. 解析选项A，当K闭合后，在交换膜处 从 右向左移动，说明A为原电池的负极，该极的金 属A失去电子：A-2e- A2+，c(A2+)增大；选项 B，若金属B是不活泼金属，溶液中的B2+获得电 子生成B。 答案B

  35. 6.LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好 等优点，可用于电动汽车。电池反应为： FePO4+Li LiFePO4。电池的正极材料是 LiFePO4，负极材料是石墨，含有导电固体为电 解质。下列有关LiFePO4电池的说法不正确的是 ( ) A.可加入硫酸以提高电解质的导电性 B.放电时电池内部Li+向正极移动 C.充电过程中，电池正极材料的质量减少 D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li++e- LiFePO4 放电 充电

  36. 解析由于Li能和稀H2SO4、H2O反应，因此电解 质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电 池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移 动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电 子，即LiFePO4-e- Li++FePO4，因此阳极材料 （LiFePO4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过 来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知 B、C、D正确。 答案 A

  37. 7.日常生活中常用的普通锌-锰干电池有7种物 质：NH3、Mn2O3、ZnCl2、MnO2、NH4Cl、Zn 和H2O，它们分别是锌-锰电池中氧化还原反应 的反应物和生成物，该干电池的结构如图所 示。下列说法正确的是 （ ）

  38. A.普通锌-锰干电池中电解质溶液为ZnCl2、 MnCl2 B.石墨电极发生的反应为：2MnO2+2NH +2e- Mn2O3+2NH3+H2O C.放电时，NH 向负极移动 D.用该电池电解饱和AlCl3溶液，析出2.7 g Al时， 溶解9.75 g Zn

  39. 解析选项A，题目提供的7种物质中，只有NH4Cl 和ZnCl2是可溶性的,分析元素价态变化可知Zn失 去电子为原电池的负极：Zn-2e- Zn2+，所以 电池中电解质溶液为NH4Cl；选项B，石墨为正极 材料，7种物质中，MnO2在该极获得电子生成 Mn2O3:2MnO2+2NH +2e- Mn2O3+2NH3+H2O；选 项C，正极消耗NH ，所以放电时NH 向正极移 动；选项D，根据离子的放电能力，电解饱和 AlCl3溶液时，首先是H+在阴极放电生成H2，而不 是析出Al。 答案B

  40. 答题规范6 热化学方程式、电极方程 式的书写规范 学生案例 1.含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放 出 28.65kJ的热量,则表示该反应中和热的热化学 方程式为 。 规范答案 NaOH(aq)+HCl(aq) NaCl(aq)+H2O(l) ΔH= -57.3 kJ/mol NaOH(l)+ HCl(l) NaCl(s)+ H2O(l) ΔH=-28.65 kJ

  41. 2.下图是乙烷、二甲醚燃烧过程的能量变化图：2.下图是乙烷、二甲醚燃烧过程的能量变化图： 请回答下列问题： （1）乙烷的燃烧热ΔH=kJ/mol。 （2）根据该图写出二甲醚燃烧热的热化学方程 式： 。 aCH3OCH3(g)+CO2(g)dCO2(g)+H2O(l) ΔH=-485 kJ/mol

  42. 规范答案 （1）-1 560 （2）CH3OCH3(g)+3O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 455 kJ/mol

  43. 3.电极方程式的书写 （1）铅蓄电池放电时，电流流入的极为极， 其电极方程式为：。 （2）氢氧燃料电池若用KOH作电解质溶液，其 负极反应式为。 （3）氢氧燃料电池若用H2SO4作电解质溶液， 其正极反应式为。 （4）依据CH4+2O2 CO2+2H2O，利用KOH 溶液作电解质溶液制成燃料电池，则负极反应 式为。 正 Pb-2e- Pb2+ H2-2e- 2H+ O2+4e-+2H2O 4OH- CH4-8e-+8OH- CO2 +4H2O ↓

  44. （5）为了贯彻“绿色环保”理念，某汽车尾气研（5）为了贯彻“绿色环保”理念，某汽车尾气研 究小组根据汽油（用C4H10表示）燃料电池的工作 原理（一个电极通入空气，另一个电极通入汽油 蒸气，掺杂了Y2O3和ZrO2晶体作电解质，其在高 温下传导O2）设计汽油燃料电池，从而减少废气 的排放。其正极反应式为。 O2+4e-+2H2O 4OH-

  45. （6）Cu2O是一种半导体材料，基于绿 色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示 意图如图，电极总反应：2Cu+H2O Cu2O+H2↑。 其阳极反应式为。 规范答案 （1）负 Pb-2e-+SO PbSO4↓ （2）H2-2e-+2OH- 2H2O （3）O2+4e-+4H+ 2H2O （4）CH4-8e-+10OH- CO +7H2O （5）O2+4e- 2O2- （6）2Cu-2e-+2OH- Cu2O+H2O Cu-2e- Cu2+

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