人教高中化学第4讲 新型化学电源及分析（教案）.doc

第4课时　核心价值——新型化学电源及分析
(学科育人价值)
高考试题中新型化学电源的种类繁多，如“储氢电池”“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”“新型Zn­CO2水介质电池”等，这些新型化学电源常以选择题形式呈现，侧重考查原电池的工作原理(放电)和电解原理(充电)，涉及电极的判断、电极反应式、电解质溶液中离子的移动等，体现《中国高考评价体系》中对“学****掌握”“实践探索”等学科素养的要求，依据物质及其变化的信息建构原电池模型和电解池模型，建立解决复杂化学问题的思维框架，渗透化学学科育人价值。新型化学电源试题取材新颖，大多与最新科研成果相联系，体现化学、技术、社会和环境之间的相互关系，赞赏化学对社会发展的重大贡献，彰显化学学科的社会价值。
1．分析新型化学电源中正、负极材料
新型化学电池
2．根据化学电源装置书写电极和电池反应式
(1)先分析题目给定的图示位置，确定原电池正、负极上的反应物质。
(2)电极反应式的书写
①负极：一般为活泼金属失去电子生成阳离子，也可以是H2、CH4等；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应。如铅蓄电池，负极反应为Pb＋SO－2e－===PbSO4。
②正极：阳离子得到电子或O2得到电子，若反应物是O2，则有以下规律：
电解质溶液呈碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
电解质溶液呈酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)正、负电极反应相加得电池总反应
3．结合电池总反应式，书写电极反应式
(1)逐步分析法(类似于氧化还原反应方程式的书写)
(2)易写电极反应式突破法
根据总反应方程式和电解质特点，写出较易写的电极反应式，然后用总反应方程式减去该电池反应式可得另一极的电极反应式。
＝—
(2020·全国卷Ⅲ)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)－空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是(　　)
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
B　[根据题中所给的VB2电极上的反应式可知，该原电池中VB2电极为负极，复合碳电极为正极。正极电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。根据电子守恒可知，当负载通过0.04 mol电子时，正极参加反应的氧气为0.01 mol，在标准状况下的体积为0.224 L，A项正确；根据正、负极的电极反应式可知，负极消耗OH－，pH降低，而正极区生成OH－，pH升高，B项错误；依据负极反应式VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O和正极反应式O2＋4e－＋2H2O===4OH－，在遵循电子守恒的基础上，将正、负极电极反应式加和可得该碱性硼化钒—空气电池的总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C项正确；电流方向与电子的流向相反，电流方向为正极(复合碳电极)→负载→负极(VB2电极)→KOH溶液→正极，D项正确。]
(2019·全国卷Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D­Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D­Zn­NiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l) ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是(　　)
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
D　[A对：三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高；B对：二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)；C对：二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)；D错：二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极