化学高分锦囊

冯存良

随着全球能源逐渐枯竭，研发、推广新型能源迫在眉睫，化学新电源成为科学家研究的重点方向之一，对应的知识点也成了高考的高频考点。新情境化学电源试题题材广、信息新、陌生度高，因此许多考生感觉难度大。事实上，该类试题应用的解题原理还是原电池的知识，只要细心分析，得分也并不难。

高考中常见的新情境化学电源有氢镍电池、高铁电池、碱性锌锰电池、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、锌银电池、纽扣电池、Mg-AgCl电池、Mg-H2O2电池等。新情境化学电源主要考查的题型是选择题，有时在非选择题中也会出现，主要考查角度有电池正极、负极的判断，电极产物的判断，溶液pH的变化，电池充电、放电时电极反应式的书写，电子（电流）方向的判断，离子移动方向的判断及电化学的有关计算等。

例1 （2017·全国卷Ⅲ）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图1所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列说法错误的是（ ）

A.电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4

B.电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g

C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D.电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

【审题指导】准确判断电极，写出电极反应式，即可知道电极材料与转移电子的关系；看到石墨烯就应联想到石墨导电性良好的性质；準确判断电池充电时Li2S2会发生什么变化，即可知道充电时间的长短对Li2S2的量的影响。

【解析】本题考查电化学知识。原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即S8→Li2S8→Li2S6→

Li2S4→Li2S2，其中有2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4，A选项正确。负极反应式为Li -e-=Li+，每转移0.02 mol电子，负极就有0.02 mol Li（质量为0.14 g）被氧化为Li+，则负极质量减少0.14 g，B选项正确。石墨烯能导电，用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C选项正确。在充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D选项错误。

【答案】D

【误区警示】规避原电池工作原理的三个失分点

（1）原电池形成闭合回路的方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。

（2）电解质溶液中阴离子、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。

（3）无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。

【高分锦囊】1.正极、负极的判断方法（如图2所示）

2.电极反应式书写的三个步骤 （如图3所示）

例2 （2016·全国卷Ⅲ）锌-空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O=2Zn（OH）42-。下列说法正确的是（ ）

A.充电时，电解质溶液中K+向阳极移动

B.充电时，电解质溶液中c（OH-）逐渐减小

C.放电时，负极反应为Zn+4OH--2e-=Zn（OH）42-

D.放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

【审题指导】通过对充电、放电时两极反应类型的判断及电极反应式的判断，从而对充电、放电时电解质溶液（熔融电解质）中离子的移动方向以及离子浓度的变化进行准确判断，特别是酸、碱性的变化。

【解析】充电时，电解质溶液中阳离子（K+）向阴极移动，A选项错误。放电时，总反应方程式为2Zn+O2+4OH-+ 2H2O=2Zn（OH）42-，充电反应为放电反应的逆反应，则充电时电解质溶液中c（OH-）逐渐增大，B选项错误。在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2+将与OH-结合生成Zn（OH）42-，C选项正确。O2～4e-，故电路中通过2 mol电子时，消耗氧气0.5mol，标准状况下体积为11.2L，D选项错误。

【答案】C

【误区警示】

1.充电电池是既能将化学能转化为电能（放电），又能将电能转化为化学能（充电）的一类特殊电池。需要注意的是，充电、放电的反应不能理解为可逆反应。

2.对于这类题目，考生常常因为无法准确将总反应拆成电极反应，尤其是无法准确获得充电反应的信息而导致错误。

【高分锦囊】1.微粒流向

（1）电子流向

①电解池：负极→阴极，阳极→正极。

②原电池：负极→正极。

（2）离子流向

①电解池：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。

②原电池：阳离子移向正极，阴离子移向负极。

2.可充电电池充电时电极与外接电源的正极、负极连接（如图4所示）

3.从四个方面突破新情境可逆电池（如图5所示）

4.书写电极反应式

（1）放电时，电极反应式的书写

①依据总反应，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变化，判断转移电子的数目。

②根据守恒书写负极（或正极）反应式，特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。

（2）充电时，电极反应式的书写

充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。

例3 （2015·江苏卷）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图6所示。下列有关该电池的说法正确的是（ ）

A.反应CH4+H2O3H2+CO，每消耗1mol CH4转移12mol电子

B.电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-=2H2O

C.电池工作时，CO32-向电极B移动

D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-=2CO32-

【审题指导】通入燃料的一极为负极，通入O2的一极为正极。准确判断出燃料电池的正负极、电极反应式和离子的移动方向，就很容易解答此题。

【解析】CH4中的C为-4价，CO中的C为+2价，由于每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol CH4失去6 mol电子，A选项错误。由于熔融盐中没有OH-，因此OH-不能参与电极反应，正确的反应式为H2+CO+2CO32--4e-=3CO2+H2O，B选项错误。CO32-应向负极（即A极）移动，C选项错误。电极B上O2得电子只能生成CO32-，需要与CO2结合，D选项正确。

【答案】D

【误区警示】

1.不熟悉燃料电池的工作原理导致判断错误，不会判断电子、溶液中的离子移动的方向以及两极发生的反应。

2.忽视电解质溶液中的離子（如H+或OH-）对电极反应的影响，导致燃料电池电极反应式书写错误。

【高分锦囊】1.燃料电池负极反应式的书写

第一步：写出燃料电池反应的总反应式。

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。如CH4燃烧的方程式为CH4+2O2=CO2+2H2O①，CO2+2NaOH= Na2CO3+H2O②。

①式+②式得CH4燃料电池（电解质为NaOH溶液）的总反应式，即CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O。

第二步：写出电池的正极反应式。

碱性溶液中正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。

第三步：电池反应的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。

CH4燃料电池负极反应式为CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O。

特别提醒：O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。

2.燃料电池类型归纳

在不同介质下，燃料电池电极反应式的书写难处主要集中在以下两点：一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。下面以CH3OH燃料电池为例。

（1）酸性介质，如H2SO4。

CH3OH在负极上失电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H+作用下生成H2O。

负极：CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+

正极：O2+6e-+6H+=3H2O

（2）碱性介质，如KOH溶液。

CH3OH在负极上失电子，在碱性条件下生成CO32-，O2在正极上得到电子生成OH-。

负极：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+ 6H2O

正极：O2+6e-+3H2O=6OH-

（3）熔融盐介质，如K2CO3。

电池工作时CO32-移向负极。CH3OH在负极上失电子，在CO32-的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成CO32-。

负极：CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2↑+2H2O

正极：O2+6e-+3CO2=3CO32-

（4）固体氧化物作电解质，在高温下能传导正极生成的O2-。

电池工作时O2-移向负极。CH3OH在负极上失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2-。

负极：CH3OH-6e-+3O2-=CO2↑+2H2O

正极：O2+6e-=3O2-

例4 气体的自动化检测中的传感器应用到原电池原理。图7为传感器的工作示意图，气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，转换器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物，则下列说法中正确的是（ ）

A.上述气体检测时，敏感电极均作原电池正极

B.检测Cl2气体时，敏感电极的电极反应为Cl2+2e-=2Cl-

C.检测H2S气体时，对电极充入空气，对电极上反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-

D.检测H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同

【审题指导】广泛应用的高科技电池仍然是按照原电池的工作原理设计的。结合题目所给的信息，判断电极反应是氧化反应还是还原反应，然后依据题目设问进行回答。

【解析】NO2→NO，得电子，Cl2→HCl，得电子，正极反应；CO→CO2，失电子，负极反应；H2S→H2SO4，失电子，负极反应，A选项错误。根据产物可以判断Cl2得电子，生成Cl-，B选项正确。待测气体是H2S气体时，敏感电极部分产物是H2SO4，对电极上电极反应式中不会有OH-，正确的为O2+4e-+4H+=2H2O，C选项错误。H2S生成H2SO4失去8e-，而CO生成CO2失去2e-，所以检测体积分数相同的两气体时，传感器上产生的电流大小不相同，D选项错误。

【答案】B

【误区警示】

1.不熟悉高科技电池的工作原理就是原电池的工作原理的话，会导致判断正负极错误，不能正确地书写两极的电极反应式。

2.书写电极反应式时忽略另一极产物的影响，造成书写电极反应式错误，如例4中的C选项。

【高分锦囊】1.广泛应用的高科技电池解题四步骤

第一步：审题干，析图示，判断原电池。

第二步：算价态，找变化，判断正负极。

第三步：抓原理，抓守恒，书写反应式。

第四步：据产物，判移向，计算各种量。

2.高科技电池放电时正极、负极的判断（如图8所示）