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课标解读
1.熟悉常考新型化学电源的类型及考查方式。2.会分析新型化学电源的工作原理,能正确书写新型化学电源的电极反应式。
;;;类型一固体电解质电池
理·必备知识
固体电解质是具有与强电解质水溶液相当的导电性的一类无机物。示例建模如下:
;提·关键能力
(2024·四川乐山统考)一种以RbAg4I5晶体为固体电解质的气体含量测定传感器如图所示,固体电解质内迁移的离子为Ag+,氧气流通过该传感器时,O2可以透过聚四氟乙烯膜进入体系,通过电位计的变化可知O2的含量。下列说法正确的是(B)
A.银电极为正极,多孔石墨电极为负极
B.O2透过聚四氟乙烯膜后与AlI3反应生成I2
C.银电极的电极反应为Ag++e-===Ag
D.当传感器内迁移2molAg+时,有标准状况下22.4LO2参与反应
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解析传感器中发生反应4AlI3+3O2===2Al2O3+6I2,所以O2透过聚四氟乙烯膜后与AlI3反应生成I2,故B正确;银电极的电极反应为Ag-e-===Ag+,故C错误;由关系式4Ag~O2可知,迁移2molAg+时,有标准状况下11.2LO2参与反应,故D错误。
;类型二浓差电池
理·必备知识
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
(2)离子交换膜的作用
①能将两极区隔离,阻止两极物质发生化学反应。
②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。
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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。
;3.示例建模
;提·关键能力
1.(2025·河南安阳检测)由于存在离子浓度差而产生电动势的电池称为离子浓差电池,当两极室离子浓度相等时放电完成。某离子浓差电池的工作原理如图所示,下列说法中正确的是(C)
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解析铜电极Ⅰ附近CuSO4浓度高,发生的反应是Cu2++2e-===Cu,发生还原反应,A错误;当两极室离子浓度相等时放电完成,说明左侧硫酸铜浓度要降低,右侧硫??铜浓度要升高,直至左、右两侧硫酸铜浓度相等,则隔膜应为阴离子交换膜,硫酸根离子从左侧移向右侧,B错误;铜电极Ⅱ附近CuSO4浓度低,发生的反应是Cu-2e-===Cu2+,硫酸根离子从左侧移向右侧,导致右极室CuSO4浓度增大,C正确;该电池工作时,化学能转化为电能,D错误。
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类型三锂电池和锂离子电池
理·必备知识
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。工作时金属锂失去电子被氧化为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。
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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;在两极形成的电压降的驱动下,Li+可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。
(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。
;提·关键能力
1.(2024·河北沧州联考)锂电池在航空航天领域应用广泛,Li-CO2电池供电的反应机理如图所示,下列说法正确的是(C)
~A.X方向为电流方向
B.交换膜M为阴离子交换膜
C.正极的电极反应式:4Li++4e-+3CO2===2Li2CO3+C
D.可采用LiNO3水溶液作为电解质溶液
;解析Li为原电池的负极,电子从Li电极经导线流向CO2电极,所以X方向为电子移动方向,A项错误;离子交换膜需要Li+通过,所以M为阳离子交换膜,B项错误;正极为CO2生成C单质,电极反应式:4Li++4e-+3CO2===2Li2CO3+C,C项正确;Li为活泼金属,能与水反应,所以该电池不能用水性电解质,D项错误。
;2.某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示,电极A为非晶硅薄膜,充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中;电极B为LiCoO2薄膜;集流体起导电作用。下列说法不正确的是(B)
;;类型四微生物电池
理·必备知识
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