专题13·可充电电池和燃料电池通过近几年全国各地的高考试题研究，有关可充电电池试题是2022年高考一大亮点，这充分说明可充电电池在今后教学中的重要性。但这类试题往往又是学生学习的难点，错误率较高。如何解答此类问题，现归纳如下：一、可充电电池1．可充电电池电极极性和材料判断例1、镍镉（Ni－Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反响按下式进展：Cd(OH)2＋2Ni(OH)2Cd＋2NiO(OH)＋2H2O。由此可知，该电池放电时的负极材料是（）A．Cd(OH)2B．Ni(OH)2C．CdD．NiO(OH)解析：要理解镍镉电池放电和充电的过程。放电是原电池反响，根据题给条件知放电（原电池）时的总反响式为：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。标出原电池总反响式电子转移的方向和数目指出，即可知道参与负极反响的物质：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O=Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。从上式可知，Cd可作负极材料，参与负极反响。故应选C。点评：此类试题考察可充电电池电极极性和材料判断，首先要准确判断充电、放电分别表示什么反响（原电池反响还是电解池反响），并写出充电、放电的总反响式，然后在总反响式上标出电子转移的方向和数目，即可正确判断可充电电池电极极性和材料。2．可充电电池电极反响式的书写和判断例2、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反响为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，以下表达不正确的选项是（）A．放电时负极反响为：Zn－2e－＋2OH－＝Zn(OH)2B．充电时阳极反响为：Fe(OH)3－3e－＋5OH－＝FeO42－＋4H2OC．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化7/7\nD．放电时正极附近溶液的碱性增强点评：此题主要考察电极反响式的书写、电解质溶液的酸碱性变化、及氧化复原反响等知识，侧重考察考生对原电池和电解池原理的理解及分析问题的能力。3．可充电电池电极发生氧化、复原反响及元素被氧化、被复原判断例3、某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反响为：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。以下说法正确的选项是（）A．放电时，LiMn2O4发生氧化反响B．放电时，正极反响为：Li++LiMn2O4+e-=Li2Mn2O4C．充电时，LiMn2O4发生氧化反响D．充电时，阳极反响为：Li++e-=Li解析：放电时作为电源来用，根据放电时的电池反响知，负极反响式为：Li－e-=Li+，正极反响式为：Li++LiMn2O4+e-=Li2Mn2O4，B正确，但LiMn2O4发生复原反响，A错误。充电时，阴极反响式为：Li++e-=Li，D错误，阳极反响式为：Li2Mn2O4－e-=Li++LiMn2O4，故应是Li2Mn2O4发生氧化反响，而不是LiMn2O4，C错误。此题应选B。点评：此题主要考察电化学知识和氧化复原反响的有关知识，虽然新型电池增加了试题的陌生度，但考察原电池及电解池的原理不变，这是解答本类试题的关键。4．可充电电池离子的移动方向判断及总反响式的书写例47/7\n、锂离子电池已成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反响式为：负极反响：C6Li－xe-＝C6Li1－x＋xLi+（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料）正极反响：Li1－xMO2＋xLi+＋xe-＝LiMO2（LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物）以下有关说法正确的选项是（）A.锂离子电池充电时电池反响为C6Li＋Li1－xMO2＝LiMO2＋C6Li1－xB.电池反响中锂、锌、银、铅各失1mol电子，金属锂所消耗的质量最小C.锂离子电池放电时电池内部Li＋向负极移动D.锂离子电池充电时阴极反响为C6Li1－x＋xLi＋＋xe—＝C6Li解析：将放电的两电极反响式在电子守恒的根底上相加即得放电时的总反响式：C6Li＋Li1－xMO2＝LiMO2＋C6Li1－x，充电时的总反响式应为放电总反响式的逆反响，故A错误；在锂、锌、银、铅金属中，锂的摩尔质量最小，所以各失去1mol电子，消耗金属锂的质量最小，B正确。电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，C错误。充电时的阴极反响与放电时的负极反响互为逆反响，故D正确。此题应选BD。点评：此题以锂离子电池为背景材料，全面考察了蓄电池的反响原理、电极反响、离子流向等知识，要求考生能将所学知识灵活迁移运用。5．可充电电池考点的综合应用例5、铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反响式为：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO42－2PbSO4＋2H2O请答复以下问题（不考虑氢、氧的氧化复原）：⑴放电时：正极的电极反响式是；电解液中H2SO4的浓度将变；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加g。⑵在完全放电耗尽PbO2和Pb时，假设按右图连接，电解一段时间后，那么在A电极上生成、B电极上生成，此时铅蓄电池的正负极的极性将。解析：⑴根据总反响式中化合价的升降，可判断出两极，从而写出它的两电极反响：负极：Pb＋SO42－－2e-7/7\n=PbSO4，正极：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O。根据总反响式H2SO4的浓度会不断减小，所以应定期补充H2SO4。根据负极反响：Pb＋SO42－－2e-=PbSO4，可知，每转移2mol电子，负极板增加1mol的质量，因为负极板由Pb变为PbSO4，故外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加48g。⑵当外加电源后，铅蓄电池变成了电解池，A极为阴极，电极反响式为：PbSO4+2e-=Pb＋SO42－，B极为阳极，电极反响式为：PbSO4＋2H2O－2e－＝PbO2＋4H＋＋SO42－。这样，A电极上生成Pb，B电极上生成PbO2，此时铅蓄电池的正负极的极性将对换。答案：⑴PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42－＝PbSO4＋2H2O小48⑵PbPbO2对换点评：此题关于电化学，正确书写电极反响式是解决本类问题的关键。在书写过程中要注意，电极产物是否与电解质溶液共存，不共存要参与电极反响，如此题中的与Pb2+与SO42－不共存，要发生反响生成PbSO4。二、燃料电池1、电解质为酸性电解质溶液例1、科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已方案将甲醇燃料用于军事目的。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接参加纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。试答复以下问题：⑴这种电池放电时发生的化学反响方程式是 。⑵此电池的正极发生的电极反响是 ；负极发生的电极反响是 。⑶电解液中的H+离子向 极移动；向外电路释放电子的电极是 。⑷比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高，其次是 。7/7\n解析：因燃料电池电化学反响的最终产物与燃料燃烧的产物相同，又且其电解质溶液为稀硫酸，所以该电池反响方程式是2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。按上述燃料电池正极反响式的书写方法1知，在稀硫酸中，其正极反响式为：3O2＋12H++12e-=6H2O，然后在电子守恒的根底上利用总反响式减去正极反响式即得负极反响式为：2CH3OH+2H2O－12e-=2CO2↑+12H+。由原电池原理知负极失电子后经导线转移到正极，所以正极上富集电子，根据电性关系知阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。故H+离子向正极移动，向外电路释放电子的电极是负极。答案：⑴2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O⑵正极3O2＋12H++12e-=6H2O；负极2CH3OH+2H2O－12e-=2CO2↑+12H+⑶正；负 ⑷对空气的污染较小2、电解质为碱性电解质溶液例2、甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，以下关于甲烷燃料电池的说法不正确的选项是 （ ）A、负极反响式为CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2OB、正极反响式为O2＋2H2O+4e-=4OH-C、随着不断放电，电解质溶液碱性不变D、甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大解析：因甲烷燃料电池的电解质为KOH溶液，生成的CO2还要与KOH反响生成K2CO3，故该电池发生的反响方程式是CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。从总反响式可以看出，要消耗OH-，故电解质溶液的碱性减小，C错。按上述燃料电池正极反响式的书写方法2知，在KOH溶液中，其正极反响式为：O2＋2H2O+4e-=4OH-。通入甲烷的一极为负极，其电极反响式可利用总反响式减去正极反响式为CH4+10OH-－8e-=CO32-7/7\n+7H2O。选项A、B均正确。根据能量转化规律，燃烧时产生的热能是不可能全部转化为功的，能量利用率不高，而电能转化为功的效率要大的多，D项正确。答案：C。3、电解质为熔融碳酸盐例3、某燃料电池以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-）为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。试答复以下问题：⑴写出该燃料电池的化学反响方程式。⑵写出该燃料电池的电极反响式。⑶为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中参加一种物质，参加的物质是什么，它从哪里来？解析：由于电解质为熔融的K2CO3，且不含O2-和HCO3-，生成的CO2不会与CO32-反响生成HCO3-的，故该燃料电池的总反响式为：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O。按上述燃料电池正极反响式的书写方法3知，在熔融碳酸盐环境中，其正极反响式为O2＋2CO2+4e-=2CO32-。通入丁烷的一极为负极，其电极反响式可利用总反响式减去正极反响式求得，应为2C4H10+26CO32-－52e-=34CO2+10H2O。从上述电极反响式可看出，要使该电池的电解质组成保持稳定，在通入的空气中应参加CO2，它从负极反响产物中来。答案：⑴2C4H10+13O2=8CO2+10H2O⑵正极：O2＋2CO2+4e-=2CO32-，负极：2C4H10+26CO32-－52e-=34CO2+10H2O⑶CO2 从负极反响产物中来4、电解质为固体氧化物7/7\n例4、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2-。以下对该燃料电池说法正确的选项是 ( )A.在熔融电解质中，O2-由负极移向正极B.电池的总反响是：2C4H10＋13O2®8CO2＋10H2OC.通入空气的一极是正极，电极反响为：O2＋4e-＝2O2-D.通入丁烷的一极是正极，电极反响为：C4H10＋26e-＋13O2-＝4CO2＋5H2O7/7
