聚焦卷土重來的電池熱

2020-11-13 04:36:10山東

教學考試(高考化學) 2020年1期

山東孫晶

仔細研讀近幾年各地高考試卷，近乎是“電”的世界，形態各異的新型原電池層出不窮。而2019年10月8號的諾貝爾化學獎公布以后，鋰電池更成為了“風口浪尖上的明星物質”。獲2019年諾貝爾化學獎的三位科學家在鋰離子電池領域的開發，使得鋰離子電池在全球范圍內得到廣泛運用，從根本上改變了人們的日常生活，由于鋰離子電池中不含有重金屬鎘，與鎳鎘電池相比，大大減少了對環境的污染，他們更是為我們創造了一個綠色環保的世界，對人類可持續發展做出了杰出的貢獻。那么預計在2020年的高考中，鋰電池和其他種類的電池更是不可忽視的一個命題熱點。

縱覽近幾年的原電池命題主要涉及其反應原理、電極判斷、電極名稱、電極反應和計算等多重知識點，且對于原電池的考查層層遞進。筆者現對以下幾個角度予以剖析，供大家參考領悟。

一、原電池、鹽橋電池和有交換膜的電池

1.三池結構對比

(1)鹽橋的作用：原電池裝置由裝置①到裝置②的變化是由鹽橋連接兩個“半電池裝置”，其中鹽橋的作用有三種：①隔絕正、負極反應物，避免直接接觸，導致電流不穩定；②通過離子的定向移動，構成閉合回路；③平衡電極區的電荷。

(2)離子交換膜的作用：由裝置②到裝置③的變化是“鹽橋”變成“質子交換膜”。離子交換膜是一種選擇性透過膜，允許相應離子通過，離子遷移方向遵循電池中離子遷移方向。

2.圖解原電池的閉合回路形成原理

二、考查形式追蹤解讀

考查角度1.燃料電池

( )

A.充電時，電解質溶液中K+向陽極移動

B.充電時，電解質溶液中c(OH-)逐漸減小

D.放電時，電路中通過2 mol電子，消耗氧氣22.4 L(標準狀況)

【答案】C

【變式】某化學小組擬設計微生物燃料電池將污水中的乙二胺氧化成對環境友好的物質，工作原理如圖1所示(a、b均為石墨電極)。下列分析正確的是

( )

圖1

B.質子交換膜處H+由右向左移動

C.該電池在微生物作用下將化學能轉化為電能

D.開始放電時b極附近pH不變

【答案】C

【方法技巧】燃料電池電極反應方程式的書寫技巧

燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。由于電池總反應式與燃料燃燒方程式相似而得名，由于條件不同，燃料并非真的燃燒。另外，燃料電池的考查重點是不同的電解質溶液，如酸性、堿性、中性、熔融碳酸鹽、熔融氧化物等，其書寫關鍵可以歸結為一句話：“什么環境下用什么離子平衡電性。”如正極反應式書寫：

考查角度2.典型二次電池

( )

A.圖中e-及Li+移動方向說明該電池處于放電狀態

B.該電池中a極不能接觸水溶液

C.充電時a極連接外接電源的正極

【答案】C

( )

B.0.1 mol K2FeO4發生反應，轉移電子數約為 1.806×1024

C.充電時K2FeO4發生氧化反應

【答案】D

【變式2】一種碳納米管新型二次電池的裝置如圖3所示。下列說法中正確的是

( )

圖3

A.離子交換膜選用陽離子交換膜(只允許陽離子通過)

C.導線中通過1 mol電子時，理論上負極區溶液質量增加1 g

D.充電時，碳電極與電源的正極相連

【答案】B

【方法技巧】突破二次電池的四個角度

考查角度3.電極可變的可逆電池

( )

圖4

A.反應開始時，乙中發生氧化反應

B.反應開始時，甲中Fe3+被還原

C.電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態

D.電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極

【答案】D

【解析】因乙中I-失去電子放電，元素的化合價升高，則發生氧化反應，故A正確；由總反應方程式知，Fe3+被還原成Fe2+，則發生還原反應，故B正確；當電流計讀數為零時，說明沒有電子發生轉移，則反應達到平衡，故C正確；當加入Fe2+，導致平衡逆向移動，則Fe2+失去電子生成Fe3+，作負極，而乙中石墨作正極，故D錯誤。

下列說法不正確的是

( )

A.鹽橋中的K+移向FeCl3溶液

B.反應開始時，乙中石墨電極上發生氧化反應

C.電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態

D.電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負極

【答案】D

【解析】甲池中石墨電極為正極，乙池中石墨電極為負極，鹽橋中陽離子向正極移動，所以K+向FeCl3溶液遷移，A項正確；反應開始時，乙中I-失去電子，發生氧化反應，B項正確；當電流計讀數為零時，說明沒有電子發生轉移，反應達到平衡，C項正確；當加入Fe2+，導致平衡逆向移動，則Fe2+失去電子生成Fe3+，作為負極，而乙中石墨成為正極，D項錯誤。