二次電池電極名稱的判斷

電化學(xué)試題是高考必考題型，其中結(jié)合原電池和電解池考查的二次電池是考試的熱點，解決此類試題的關(guān)鍵是要明確電池的電極名稱，理解電極發(fā)生的電極反應(yīng)．

１ 根據(jù)電極材料判斷

例１ 鋁硫二次電池是一種具有高能量密度、廉價原材料、有前途的替代儲能裝置．一種鋁硫電池如圖１所示，M 極為表面吸附了硫的活性電極，電解質(zhì)為 K２S，KClＧAlCl３（AlCl４－、Al２Cl７－）．下列說法錯誤的是（ ）．

A．放電時，鋁電極的電極反應(yīng)式為Al－３e－＋７AlCl４－＝４Al２Cl７－

B．離子交換膜為陽離子交換膜

C．充電時，M 極為陽極，Al２Cl７－被氧化

D．充電時，每轉(zhuǎn)移１mol電子，理論上陰極區(qū)的電解質(zhì)質(zhì)量增加３０g

分析 題給裝置為可充電的二次電池，該電池放電時Al失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Al＋７AlCl４－－３e－＝４Al２Cl－７ ;M 為正極，硫得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為S＋２e－ ＝S２－ ，選項A 說法正確．充放電過程中K＋ 通過離子交換膜移動，故離子交換膜為陽離子交換膜，選項B說法正確．放電時M 極為正極，故充電時，M 極為陽極，電極反應(yīng)為S２－ －２e－ ＝S，即S２－ 被氧化，選項C說法錯誤．充電時，陰極電極反應(yīng)為４Al２Cl７－＋３e－＝Al＋７AlCl４－，則每轉(zhuǎn)移１mol電子析出９gAl，同時有１molK＋ 經(jīng)過陽離子交換膜由陽極區(qū)進(jìn)入陰極區(qū)，故理論上陰極區(qū)的電解質(zhì)質(zhì)量增加１ mol×３９g·mol－１ －９g＝３０g，選項D說法正確．答案為C．

２ 根據(jù)電池總反應(yīng)判斷

放電時，發(fā)生氧化反應(yīng)的是原電池的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的是原電池的正極;充電時，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的是電解池的陽極，發(fā)生還原反應(yīng)的是電解池的陰極．

例２ 科研人員新研發(fā)了一種CaＧLiFePO４ 可充電電池，工作原理如圖２所示，電池總反應(yīng)為xCa２＋ ＋２LiFePO４←充電放電→xCa＋２Li１－xFePO４＋２xLi＋ （０＜x＜１）．下列說法不正確的是（ ）．

A．當(dāng)x＝０.６時，Li１－xFePO４ 中的Fe２＋ 和Fe３＋個數(shù)之比為２∶３

B．放電時，正極反應(yīng)為Li１－xFePO４ ＋xLi＋ ＋xe－ ＝LiFePO４

C．充電時，Li１－xFePO４/LiFePO４ 電極發(fā)生Li＋脫嵌，Li＋ 從右室移向左室

D．充電時，理論上左室電解質(zhì)的質(zhì)量減輕４g，電路中有０.２mol電子轉(zhuǎn)移

分析 當(dāng)x ＝０.６時，設(shè)Li０.４FePO４ 中有a 個Fe２＋ 、１－a 個Fe３＋ ，根據(jù)化合物中正、負(fù)化合價的代數(shù)和為０，有０.４×１＋２a＋３×（１－a）＝３，可得a＝０.４，則Fe２＋ 和Fe３＋ 個數(shù)之比為２∶３，選項A 說法正確．放電時，負(fù)極反應(yīng)為Ca－２e－ ＝Ca２＋ ，使左室中正電荷數(shù)目增多，鋰離子導(dǎo)體膜只允許Li＋ 通過，因此LiPF６ＧLiAsF６ 電解質(zhì)中的Li＋ 通過導(dǎo)體膜移入右室，正極反應(yīng)為Li１－xFePO４＋xLi＋ ＋xe－ ＝LiFePO４，選項B 說法正確．充電時，陽極發(fā)生反應(yīng)：LiFePO４ －xe－ ＝xLi＋ ＋Li１－xFePO４，電極發(fā)生Li＋ 脫嵌，Li＋ 從右室移向左室，選項C說法正確．充電時左室陰極發(fā)生反應(yīng)：Ca２＋ ＋２e－ ＝Ca，左室電解質(zhì)中有０.１molCa２＋ 得電子生成Ca沉積在鈣電極上，電解質(zhì)的質(zhì)量減輕，轉(zhuǎn)移０.２mol電子同時有０.２molLi＋ 從右室移入左室，故左室中電解質(zhì)的質(zhì)量減輕４.０g－１.４g＝２.６g，選項D說法錯誤．答案為D．

３ 根據(jù)題給示意圖中的信息判斷

電化學(xué)試題中，示意圖包含了很多信息，如充放電時電解質(zhì)溶液中離子的移動方向、充放電時電極上物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、連接電源或負(fù)載和對應(yīng)電極上物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等都可以判斷電極名稱．

例３ 某種新型可充電電池具有較高的循環(huán)使用壽命，工作原理如圖３所示．下列說法錯誤的是（ ）．

A．放電時，A 極為正極

B．放電過程中轉(zhuǎn)移１mole－ ，正極質(zhì)量增加１４g

C．充電時B極電極反應(yīng)式為Pb３C２O７＋H２O＋６e－＝３Pb＋２CO２３－＋２OH-

D．充電過程中轉(zhuǎn)移０.５ mole－ ，理論上有０.５molKOH被消耗

分析 當(dāng)連接電源時，該裝置為電解池，A 極從MnCO３ 轉(zhuǎn)化為MnO２，錳化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，作陽極;B極從Pb３C２O７ 轉(zhuǎn)化為Pb，Pb化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，作陰極．當(dāng)與負(fù)載相連時，該裝置為原電池，A 極從MnO２ 轉(zhuǎn)化為MnCO３，錳化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，作正極，選項A 說法正確．放電時正極MnO２ 轉(zhuǎn)化為MnCO３，１molMnO２ 轉(zhuǎn)移２mol電子，相當(dāng)于增加１molCO，轉(zhuǎn)移１mole－ ，正極質(zhì)量增加１４g，選項B說法正確．充電時B極為陰極，得到電子，電極反應(yīng)式為Pb３C２O７＋H２O＋６e－ ＝３Pb＋２CO２３－＋２OH－，選項 C說法正確．總反應(yīng)方程式為Pb３C２O７ ＋３MnCO３ ＋１０KOH ＝３Pb＋３MnO２＋５K２CO３＋５H２O，整個反應(yīng)轉(zhuǎn)移６ mol電子，消耗１０molKOH，故充電過程中轉(zhuǎn)移０.５mole－ ，理論上有５／６molKOH 被消耗，選項D說法錯誤．答案為D．

例４ 以柏林綠Fe[Fe（CN）６]為代表的新型可充電鈉離子電池的放電工作原理如圖４所示，下列說法正確的是（ ）．

A．放電時，Mg箔為電池的正極

B．充電時，陽極反應(yīng)為Fe[Fe（CN）６]＋２e－ ＋２Na＋ ＝Na２Fe[Fe（CN）６]

C．充電時，Mo箔連接電源的正極，通過離子交換膜從右室移向左室

D．放電時，Mg箔溶解２.４g，則有機(jī)電解質(zhì)中有０.２molNa＋ 遷移

分析 由圖可知，放電時右側(cè)鎂失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，為原電池的負(fù)極，左側(cè)Mo箔為原電池的正極，選項A 錯誤．放電時，左側(cè)為正極，則充電時該極為陽極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)：Na２Fe[Fe（CN）６]－２e－ ＝Fe[Fe（CN）６]＋２Na＋ ，選項B錯誤．充電時，Mo箔為陽極，接電源正極，Na＋ 通過離子交換膜從左室移向右室，選項C 錯誤．放電時，Mg 箔溶解２.４g（０.１mol），則轉(zhuǎn)移電子０.２mol，故有機(jī)電解質(zhì)中有０.２molNa＋ 遷移，選項D正確．答案為D．

總之，突破二次電池的關(guān)鍵是判斷電池的電極名稱，學(xué)生應(yīng)扎實掌握相關(guān)判斷方法，以提高解題效率．

本文系河北省教育科學(xué)研究“十四五”規(guī)劃重點資助課題“教育數(shù)字化背景下高中化學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)水平評價研究”（課題編號：２３０２０２７）的階段性成果．

（完）