(新)2022届考点42 锂电池(解析版).doc
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1、考点41 锂电池1(2018新课标)一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是A放电时,多孔碳材料电极为负极B放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D充电时,电池总反应为Li2O2-x=2Li+(1)O2【答案】D【解析】A题目叙述为:放电时,O2与Li+在多孔碳电极处反应,说明电池内,Li+向多孔碳电极移动,因为阳离子移向正极,所以多孔碳电极为正极,选项A错误。B因为多孔碳电极为正极,外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极(由负极流向正极),选项B错误。C充电
2、和放电时电池中离子的移动方向应该相反,放电时,Li+向多孔碳电极移动,充电时向锂电极移动,选项C错误。D根据图示和上述分析,电池的正极反应应该是O2与Li+得电子转化为Li2O2-X,电池的负极反应应该是单质Li失电子转化为Li+,所以总反应为:2Li + (1)O2 Li2O2-X,充电的反应与放电的反应相反,所以为Li2O2-x 2Li + (1)O2,选项D正确。2(2017课标)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是A电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li
3、+2e-=3Li2S4B电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 gC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,电池中的Li2S2量越多【答案】D【解析】A原电池工作时,Li+向正极移动,则a为正极,正极上发生还原反应,随放电的多少可能发生多种反应,其中可能为2Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4,故A正确;B原电池工作时,转移0.02mol电子时,氧化Li的物质的量为0.02mol,质量为0.14g,故B正确;C石墨能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,故C正确;D电池充电时间越长,转移电子数越多,生成的Li和S8越多,即电池中Li2S2
4、的量越少,故D错误;答案为A。3(2016四川)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为:Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+ C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是A放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移B放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-= xLi+ C6C充电时,若转移1 mol e-,石墨C6电极将增重7x gD充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+【答案】C【解析】A、放电时,阳离子在电解质中向正极移动,故正确;B、放电时,负极失去电子,故正确;C、充电时,若转移1 mol电子,则石墨电极上溶
5、解1/x mol C6,电极质量减少,故错误;D、充电时阳极失去电子,为原电池的正极的逆反应,故正确。锂离子电池作为新型化学电源由于其比能量高、携带储存方便,一直是世界各国电池企业研究热点,也一直是近几年高考关于二次电池考察的重点,由于其电池体系多样,题目有一定的难度,如何判断电极材料及书写电极反应式一直困扰着广大考生,现就锂离子电池的电极材料及方程式的书写方法总结如下:1、电极材料的判断:负极:锂以单质的形式:Li锂以原子形式镶嵌其中:LiAl、LiMnO2、LiC6、LiCo2等。正极:为其他不含锂的材料:S、Fe等。为含有锂的物质(LiMn2O4、Li0.35NiO2等)。2、解题方法:
6、锂单质或镶嵌其中的物质作负极,另一含锂化合物作正极,电池工作时锂离子移向正极。电极方程式的书写:负极:锂单质放电正极:为其他不含锂的材料(S、FeS)时,一般为这些物质得电子,然后和负极产生的锂离子结合生成新的物质。S+2e-+2Li+=Li2SFeS+2e-+2Li+=Li2S+Fe当正极为含锂的物质时(LiMn2O4、Li0.35NiO2),正极的锂看成是+1价的化合物,正极材料中的其他物质得到电子化合价降低,与负极产生的锂离子结合生成新的化合物:LiMn2O4+xe-+xLi+= Li1-xMn2O42Li0.35NiO2+e-+Li+=2 Li0.85NiO21、无水锂电池典例1(20
7、18届湖北省宜昌市高三4月调研考试)锂-空气电池的工作原理如图所示。其中多孔电极材料选用纳米多孔金时, 该电池表现出良好的循环性能。电池反应为: 2LiO2Li2O2。 下列说法错误A 该电池的电解液常用锂盐的有机溶液B 电池工作时,外电路中流过 0.01 mol 电子,负极材料减重 0.07gC 电池工作时,正极反应可能经过两个过程: Li+O2eLiO2 Li+LiO2eLi2O2D 电池充电时间越长,电池中 Li2O2越多【答案】D【解析】A、该电池的负极是Li,所以电解质溶液不能是水溶液,根据图示,锂离子定向移动,故电解液常用锂盐的有机溶液,A正确;B、负极的电极反应为:Li-e- =
8、Li+,外电路中流过 0.01 mol 电子,即有1mol Li反应,负极材料减重 0.07g,B正确;C、根据总反应Li最终转化成了Li2O2,所以正极可能先生成LiO2,再生成Li2O2,故正极反应可能经过两个过程: Li+O2eLiO2 Li+LiO2eLi2O2,C正确;D、充电时的反应为:Li2O22LiO2,电池充电时间越长,电池中 Li2O2越少,D 错误。典例2(2018届吉林市普通中学高中毕业班第三次调研测试)锂-空气电池是一种新型的二次电池,由于具有较高的比能量而成为未来电动汽车的希望。其放电时的工作原理如右图所示。下列说法正确的是A 该电池放电时,锂电极发生了还原反应B
9、放电时,Li向锂电极迁移C 电池中的电解液可以是有机电解液或稀盐酸等D 充电时,电池阳极的反应式为Li2O2 2e2LiO2【答案】D【解析】A. 该电池放电时,锂电极做负极,发生了氧化反应,A错;B. 放电时,Li向正极迁移即向Li2O2极移动,B错;C. 金属锂会与稀盐酸发生反应,C错; D. 充电时,电池y阳极的反应式为Li2O2 2e2LiO2,D正确。2、一边是水溶液,一边是有机电解液典例3(2018年辽宁省葫芦岛市普通高中高三第二次模拟考试)新型锂-空气电池具有能量密度高的优点,可以用作新能源汽车的电源,其结构如图所示,其中固体电解质只允许Li+通过。下列说法正确的是A Li+穿过
10、固体电解质向正极移动而得到LiOH溶液B 放电时,当外电路中有1 mol e转移时,水性电解液离子总数增加NAC 应用该电池电镀铜,阴极质量增加64 g,理论上将消耗11.2 L O2D 放电时,负极反应式:LieOHLiOH【答案】A【解析】A项,由图示可得,放电时铝在负极失电子,氧气在正极得电子,固体电解质只允许Li+通过,所以Li+穿过固体电解质向正极移动而得到LiOH溶液,A正确;B项,放电时正极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-,当外电路中有1mole转移时,生成1mol OH-,同时1molLi+穿过固体电解质进入水性电解液,所以离子总数增加2NA,B错误;C项,根据电子守恒
11、,应用该电池电镀铜,阴极质量增加64g,即生成1mol铜,则电路中通过2mol电子,理论上消耗0.5molO2,在标准状况下体积为11.2 L,若不是标准状况则不一定,C错误;D项,因为固体电解质只允许Li+通过,所以放电时,负极反应式:LieLi+,D错误。典例4(2018届山西省高三第一次模拟考试)正在研发的锂空气电池能量密度高、成本低,可作为未来电动汽车的动力源,其工作原理如图。下列有关该电池的说法正确的是A 有机电解液可以换成水性电解液B 放电时,外电路通过2 mol 电子,消耗氧气11.2 LC 放电和充电时,Li+迁移方向相同D 电池充电时,在正极上发生的反应为4OH-4e-= O
12、2+2H2O【答案】D【解析】A. 因Li和水可以发生反应,所以不能将有机电解液换成水性电解液,A错误;B. 因未说明气体是否处于标准状况,所以无法计算氧气的体积,B错误;C. 放电时Li+移向正极,充电时Li+移向阴极(即放电时的负极),移动方向不同,C错误;D. 充电时,电池的正极为充电时的阳极,电极反应式为:4OH4e= O2+2H2O,D正确。3、固体电解质典例5(2018年山东省聊城市高三一模)锂液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点,以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂Li2Sx(2x8)分别作两个电极的反应物,固体Al2O3 陶瓷(可传导Li+)为电解质,其反应原理如图
13、所示。下列说法错误的是A 该电池比钠一液态多硫电池的比能量高B 放电时,内电路中Li+的移动方向为从a 到bC Al2O3 的作用是导电、隔离电极反应物D 充电时,外电路中通过0.2mol 电子,阳极区单质硫的质量增加3.2g【答案】D【解析】锂液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点,所以该电池比钠一液态多硫电池的比能量高,A正确;放电时,Na失电子发生氧化反应,所以a作负极、b作正极,电解质中阳离子锂离子向正极b移动,B正确;Al2O3为离子化合物,在该电池中作用是导电、隔离电极反应物,C正确;充电时,阳极反应为SX2-2e-=xS,外电路中通过0.2mo
14、l电子,阳极生成单质硫的质量为0.1x,由于2x8,质量为6.4-25.6 g之间,D错误。典例6(2018届广东省韶关市高三4月模拟考试二模)某手机电池采用了石墨烯电池,可充电5分钟,通话2小时。一种石墨烯锂硫电池(2Li+S8=Li2S8)工作原理示意图如图。下列有关该电池说法不正确的是A 金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料B 充电时A电极为阴极,发生还原反应C 充电时B电极的反应:Li2S8-2e-=2Li+S8D 手机使用时电子从A电极经过手机电路版流向B电极,再经过电池电解质流回A电极【答案】D【解析】A、单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多,则得到的电能越多,能量越高,Li
15、是所有金属元素中原子量最小的金属,所以金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料,A正确;B、原电池中阳离子向正极移动,由图可知,做电源时,B为正极,A为负极,负极发生失电子的氧化反应;反过来,充电时负极为阴极,发生还原反应,B正确;C、B电极上S8得电子生成Li2S8,则B电极的反应:2Li+S8+2e-Li2S8,C正确;D、电子只能在电极和导线中移动,电子不能在电解质溶液中移动,D错误。4、熔融电解质典例7(陕西省榆林市2018届高考模拟第一次测试)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电
16、能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是A Ca为正极 B 放电过程中,Li+向负极移动C 每转移0.2mol电子,理论上生成20.7gPb D 电池工作一段时间后,正极质量增大【答案】C【解析】A、由原电池总反应可知Ca化合价升高,失电子,故Ca为原电池的负极,A错误;B、电池工作时,阳离子向正极移动,B错误;C、根据电池总反应,每反应1molCa转移2mol电子,正极生成1molPb,每转移0.2mol电子,理论上生成0.1molPb,即20.7gPb,C正确;D、电池工作时,正极为PbSO4固体转化为Pb固体,正极质量减小,D错
17、误。典例8(2018届辽宁省重点高中协作校高三第三次模拟考试)锂碘电池的正极材料是聚2-乙烯吡啶(简写为P2VP)和I2的复合物,电解质是熔融薄膜状的碘化锂,正极的电极反应式为P2VP·nI2+2e-+2Li+=P2VP·(n-1)I2+2LiI。下列说法正确的是A 该电池放电时,锂电极发生还原反应B 该电池发生的总反应为2Li+P2VP·nI2=P2VP·(n-1)I2+2LiIC P2VP和I2的复合物是绝缘体,不能导电D 该电池工作时,碘离子移向正极【答案】B【解析】A项,锂碘电池中Li为负极,锂电极发生氧化反应,负极电极反应式为Li-e-=Li+
18、,A错误;B项,将正、负极电极反应式相加得电池总反应:2Li+P2VP·nI2=P2VP·(n-1)I2+2LiI,B正确;C项,正极材料是聚2-乙烯吡啶(简写为P2VP)和I2的复合物,电极材料必须能导电,C错误;D项,该电池工作时,阴离子移向负极,碘离子移向负极,D错误。1(甘肃省临夏市临夏中学2018-2019学年高二下学期第一次月考)锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能量高而受到了普遍重视,目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式是LiMnO2 LiMnO2。下列说法正确的是( )ALi是负极,电极反应为Lie-Li+ BLi是正极,电极反应为
19、Lie-Li-CMnO2是负极,电极反应为MnO2e-MnO2- DLi是负极,电极反应为Li2e-Li2+【答案】A【解析】A.根据锂电池的总反应式Li+MnO2=LiMnO2,失电子的金属Li为负极,电极反应为:Li-e-=Li+,故A正确;B.根据锂电池的总反应式Li+MnO2=LiMnO2,失电子的金属Li为负极,电极反应为:Li-e-=Li+,故B错误;C.MnO2是正极,电极反应为MnO2+e-=MnO2-,故C错误;D.根据锂电池的总反应式Li+MnO2=LiMnO2,失电子的金属Li为负极,电极反应为:Li-e-=Li+,故D错误。2电动汽车以锂电池提供动力,锂电池技术已经成为
20、汽车研究的前沿科技某锂电池的电池反应为:xLi+Li3-xNiCoMnO6 Li3NiCoMnO6,下列说法正确的是A该电池的充、放电过程互为可逆反应B放电时,电池的负极反应为Li-e-=Li+C放电过程中,Li+向电池的负极移动D该电池可以采用醋酸、乙醇等作为电解质溶液【答案】B【解析】A、对电池充电是在外接电源的情况下,使其逆向进行,而放电是在没有外接电源的情况下自发进行的,二者进行的条件不同,充、放电也不是同时发生的,所以二者不是可逆反应,故A错误;B、原电池放电时,较活泼的电极或易失电子的物质作负极,发生氧化反应,所以该电池放电时的负极反应为Li-e-=Li+,故B正确;C、原电池放电
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