鋰離子電池及其它新型電池專題

1、鋰離子電池及其它新型電池專題1.（2009浙江理綜，12）市場上經(jīng)常見到的標(biāo)記為Li-ion的電池稱為“鋰離子電池”。它的負(fù)極材料是金屬鋰和碳的復(fù)合材料（碳作為金屬鋰的載體），電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li的高分子材料。這種鋰離子電池的電池反應(yīng)為： Li+2Li下列說法不正確的是A放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)式：Li-e=LiB充電時，Li既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng)C該電池不能用水溶液作為電解質(zhì)D放電過程中Li向負(fù)極移動答案D【解析】A項，Li從零價升至正價，失去電子，作為負(fù)極，正確；B項，反應(yīng)逆向進(jìn)行時。反應(yīng)物只有一種，故化合價既有升，又有降，所以既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng)，正確；C項，由于Li可以與

2、水反應(yīng)，故應(yīng)為非水材料，正確；D項，原電池中陽離子應(yīng)遷移至正極失電子，故錯。2.（2009江蘇單科，12） 以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是A該電池能夠在高溫下工作B電池的負(fù)極反應(yīng)為：C放電過程中，從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移D在電池反應(yīng)中，每消耗1mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體【標(biāo)準(zhǔn)答案】B【解析】A項，高溫條件下微生物會變性，所以A錯；B項，負(fù)極是葡萄糖失電子生成二氧化碳，所以B對；C項，原電池內(nèi)部陽離子應(yīng)向正極移動，所以C錯；D項，消耗1mol氧氣生成1mol二氧化碳，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積是22.4L，D錯?！究键c(diǎn)分析】原電池反應(yīng)（反應(yīng)原理、電極方程式

3、的書寫、離子的移動方向）；有關(guān)化學(xué)方程式的計算。2.（2009天津，10，14分）氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定，請回答：（1）氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是，在導(dǎo)線中電子流動方向?yàn)?（用a、b 表示）。（2）負(fù)極反應(yīng)式為。（3）電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)?。（4）該電池工作時，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷提供電能。因此，大量安全儲氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：.2Li+H22LIH.LiH+H2O=LiOH+H2反應(yīng)中的還原劑是，反應(yīng)中的氧化劑是。已知L

4、iH固體密度為0.82g/cm3。用鋰吸收224L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為。由生成的LiH與H2O作用，放出的H2用作電池燃料，若能量轉(zhuǎn)化率為80，則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為 mol。 32【解析】本題考查電化學(xué)知識。（1）原電池的實(shí)質(zhì)為化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能?？偡磻?yīng)為2H2 + O2 =2H2O，其中H2從零價升至+1價，失去電子，即電子從a流向b。（2）負(fù)極為失去電子的一極，即H2失電子生成H，由于溶液是堿性的，故電極反應(yīng)式左右應(yīng)各加上OH。（3）鉑粉的接觸面積大，可以加快反應(yīng)速率。（4）I.Li從零價升至+1價，作還原劑。II.H2O的H從+1降至H2中的零價

5、，作氧化劑。由反應(yīng)I，當(dāng)吸收10molH2時，則生成20molLiH，V=m/=20×7.9/0.82 ×10-3L=192.68×10-3L。V(LiH)/v(H2)= 192.68×10-3L/224L=8.71×10-4。20mol LiH可生成20mol H2，實(shí)際參加反應(yīng)的H2為20×80%=1.6mol，1molH2轉(zhuǎn)化成1molH2O，轉(zhuǎn)移2mol電子，所以1.6molH2可轉(zhuǎn)移3.2mol的電子。3.（2009四川理綜，29，15分）新型鋰離子電池在新能源的開發(fā)中占有重要地位?？捎米鞴?jié)能環(huán)保電動汽車的動力電池。磷酸亞鐵

6、鋰（LiFePO4）是新型鋰離子電池的首選電極材料，它的制備方法如下：方法一：將碳酸鋰、乙酸亞鐵(CH3COO) Fe、磷酸二氫銨按一定比例混合、充分研磨后，在800左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰，同時生成的乙酸及其它產(chǎn)物均以氣體逸出。方法二：將一定濃度的磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液作為電解液，以鐵棒為陽極，石墨為陰極，電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀。沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥，在800左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰。在鋰離子電池中，需要一種有機(jī)聚合物作為正負(fù)極之間鋰離子選移的介質(zhì)，該有機(jī)聚合物的單體之一（用M表示）的結(jié)構(gòu)簡式如下：請回答下列問題：（1）上述兩種方法制備磷酸亞鐵鋰的過

7、程都必須在惰性氣體氛圍中進(jìn)行。其原因是。（2）在方法一所發(fā)生的反應(yīng)中，除生成磷酸亞鐵鋰、乙酸外，還有、（填化學(xué)式）生成。（3）在方法二中，陽極生成磷酸亞鐵鋰的電極反應(yīng)式為。（4）寫出M與足量氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：。（5）已知該鋰離子電池在充電過程中，陽極的磷酸亞鐵鋰生成磷酸鐵，則該電池放電時正極的電極反應(yīng)式為。答案.（15分）（1）為了防止亞鐵化合物被氧化 （2）COHONH3 （每空1分，共3分）（3）Fe+HP+Li+2eLiFePO4+2H+ （3分）（4） （3分）（5）FePO4+Li+e=LiFePO4 （3分）【解析】（1）亞鐵離子具有強(qiáng)還原性，制備磷酸亞鐵鋰的過程都必須在

8、惰性氣體氛圍中進(jìn)行。其原因是為了防止亞鐵化合物被氧化（2）將碳酸鋰、乙酸亞鐵、磷酸二氫銨在800左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰、乙酸及其它產(chǎn)物均以氣體逸出。根據(jù)題意和元素守恒，可得其他產(chǎn)物為：CO、HO和NH3 。（3）將一定濃度的磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液作為電解液，以鐵棒為陽極，石墨為陰極，電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀。陽極生成磷酸亞鐵鋰的電極反應(yīng)式為Fe+HP+Li+2eLiFePO4+2H+ (4) M具有酯基，在堿性條件下可發(fā)生水解，M與足量氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：【考點(diǎn)分析】氧化還原、電極方程式、有機(jī)化學(xué)方程式綜合運(yùn)用4(2009海南單科，15，9分) Li-SOCl2電

9、池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為：4Li+2SOCl2 = 4LiCl +S +SO2。 請回答下列問題： (1)電池的負(fù)極材料為 ，發(fā)生的電極反應(yīng)為 ； (2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為 ；(3)SOCl2易揮發(fā)，實(shí)驗(yàn)室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。 如果把少量水滴到SOCl2中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是 ，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ； (4)組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進(jìn)行，原因是 。答案（1）負(fù)極材料為Li（還原劑），Li e- = Li+（2）2SOCl2 + 4 e- = 4Cl- + S +

10、SO2（3）出現(xiàn)白霧，有刺激性氣體生成SOCl2 + H2O = SO2 + 2HCl（4）因?yàn)闃?gòu)成電池的兩個主要成份Li能和氧氣水反應(yīng)，且SOCl2也與水反應(yīng)【解析】分析反應(yīng)的化合價變化，可得Li為還原劑 ，SOCl2為氧化劑。（1）負(fù)極材料為Li（還原劑），Li e- = Li+ （2）負(fù)極反應(yīng)式可由總反應(yīng)減去負(fù)極反應(yīng)式得到：2SOCl2 + 4 e = 4Cl + S + SO2 （3）題中給出有堿液吸收時的產(chǎn)物，則沒有堿液吸收時的產(chǎn)物應(yīng)為SO2和HCl，所以現(xiàn)象應(yīng)該為出現(xiàn)白霧和有刺激性氣體生成。（4）因?yàn)闃?gòu)成電池的兩個主要成份Li能和氧氣水反應(yīng)，且SOCl2也與水反應(yīng)4、（08江蘇卷）

11、鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行：Cd + 2NiOOH + 2H2OCd(OH)2 + 2Ni(OH)2有關(guān)該電池的說法正確的是（ ）A充電時陽極反應(yīng)：Ni(OH)2 e + OH- = NiOOH + H2OB充電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程C放電時負(fù)極附近溶液的堿性不變D放電時電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動解析：由充電時方程式中的Cd和Ni的化合價的變化可知，Ni(OH)2作陽極，電解質(zhì)溶液為KOH，所以電極反應(yīng)式為：Ni(OH)2e OH-=NiOOHH2O；Cd(OH)2作陰極，Cd(OH)22e =Cd

12、2OH；充電的過程是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時，Cd作負(fù)極，Cd2e2OH =Cd(OH)2，Cd周圍的c(OH)下降，OH向負(fù)極移動。答案：A。5、(2008廣東16)LiFePO4電池具有穩(wěn)定性高、安全、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可用于電動汽車。電池反應(yīng)為：FePO4+LiLiFePO4，電池的正極材料是LiFePO4，負(fù)極材料是石墨，含U導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。下列有關(guān)LiFePO4電池說法正確的是A.可加入硫酸以提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性B放電時電池內(nèi)部Li向負(fù)極移動.C.充電過程中，電池正極材料的質(zhì)量減少D.放電時電池正極反應(yīng)為：FePO4+Li+e-=LiFePO4解析： 16CD 解釋： 放

13、電時，負(fù)極：Li - e- =Li+，正極：FePO4 + Li+ + e- = LiFePO4；充電時，陽極：LiFePO4 - e- = FePO4 + Li+ 陰極：Li+ + e- = Li，所以易知C.D正確。若加入硫酸，與Li單質(zhì)（固體）發(fā)生反應(yīng)，所以A錯；放電時，Li+應(yīng)（正電荷）在電池內(nèi)部（電解質(zhì)中）向正極移動，故B錯。16.一定條件下，電解較稀濃度的硫酸，其還原產(chǎn)物為雙氧水，該原理可用于制取雙氧水，其電解的化學(xué)方程式為：3H2O+ 3O2 =O3 + 3H2O 。下列有關(guān)說法正確的是（ ）CA、電解池的陽極生成雙氧水，陰極生成臭氧B、電解池中硫酸溶液的pH保持不變C、產(chǎn)生臭氧

14、的電極反應(yīng)式為3H2O 6e = O3 + 6H+D、產(chǎn)生雙氧水的電極反應(yīng)式為2H2O 2e =H2O2 + 2H+6、一種新型熔融鹽燃料電池具有高發(fā)電效率?，F(xiàn)用Li2CO3 和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，一極通CO氣體，另一極通O2和CO2混合氣體，其總反應(yīng)為：2CO+ O2 = 2CO2 。則下列說法中正確的是（）CA、通CO的一極是電池的正極B、負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是：O2 + 2CO2 + 4e = 2CO32C、負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是：CO + 2CO32 2 e =2CO2 D、正極發(fā)生氧化反應(yīng)7、用惰性電極電解CuSO4溶液。若陰極上析出Cu的質(zhì)量為3.2g ，則陽極上產(chǎn)生的

15、氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為 ；常溫下，若將電解后的溶液稀釋至1L，則溶液的pH約為 。（0.56L；1）8、(2010全國I，10)右圖是一種染料敏化太陽能電池的示意圖。電池的一個點(diǎn)極由有機(jī)光敏燃料（S）涂覆在納米晶體表面制成，另一電極由導(dǎo)電玻璃鍍鉑構(gòu)成，電池中發(fā)生的反應(yīng)為：（激發(fā)態(tài)）下列關(guān)于該電池敘述錯誤的是：A電池工作時，是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能B電池工作時，離子在鍍鉑導(dǎo)電玻璃電極上放電C電池中鍍鉑導(dǎo)電玻璃為正極D電池的電解質(zhì)溶液中I-和I3-的濃度不會減少【解析】B選項錯誤，從示意圖可看在外電路中電子由負(fù)極流向正極，也即鍍鉑電極做正極，發(fā)生還原反應(yīng)：I3-+2e-=3I-；A選項正確，這是個太

16、陽能電池，從裝置示意圖可看出是個原電池，最終是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，應(yīng)為把上面四個反應(yīng)加起來可知，化學(xué)物質(zhì)并沒有減少；C正確，見B選項的解析；D正確，此太陽能電池中總的反應(yīng)一部分實(shí)質(zhì)就是：I3-氧化還原3I-的轉(zhuǎn)化（還有I2+I-I3-），另一部分就是光敏有機(jī)物從激發(fā)態(tài)與基態(tài)的相互轉(zhuǎn)化而已，所有化學(xué)物質(zhì)最終均不被損耗！【答案】B【命題意圖】考查新型原電池，原電池的兩電極反應(yīng)式，電子流向與電流流向，太陽能電池的工作原理，原電池的總反應(yīng)式等，還考查考生變通能力和心理素質(zhì)，能否適應(yīng)陌生的情境下應(yīng)用所學(xué)知識解決新的問題等【點(diǎn)評】本題立意很好，但是考查過為單薄，而且取材不是最新的，在3月份江蘇省鹽城市高三

17、第二次調(diào)研考試化學(xué)試題第17題（3）問，與此題極為相似的模型，這對一些考生顯得不公平！9、 Li-Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池，該電池中正極的電極反應(yīng)式為：有關(guān)該電池的下列說法中，正確的是( B)A、Li-Al在電池中作為負(fù)極材料，該材料中Li的化合價為+1價B、該電池的電池反應(yīng)式為：2Li+FeSLi2S+FeC、負(fù)極的電極反應(yīng)式為Al-3=Al3+D、充電時，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：10、（12分)(1)氫氧燃料電池汽車作為上海世博園中的交通工具之一，下列有關(guān)說法不正確的是_A太陽光催化分解水制氫氣比電解水制氫氣更為科學(xué)B氫氧燃料電池作為汽車動力更能保護(hù)環(huán)境C以稀H2SO4、K

18、OH為介質(zhì)的氫氧燃料電池的負(fù)極電極反應(yīng)式相同D以稀H2SO4、KOH為介質(zhì)的氫氧燃料電池的總反應(yīng)式相同(2)純電動車采用了高效耐用的一種新型可充電電池，該電池的總反應(yīng)式為：3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH.該電池放電時負(fù)極反應(yīng)式為_放電時每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有_ mol K2FeO4被還原(3)錳酸鋰離子電池在混合動力車等大型蓄電池應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位電池反應(yīng)式為：Li1xMnO4LixLiMnO4，下列有關(guān)說法不正確的是_A放電時電池的正極反應(yīng)式為：Li1xMnO4xLixe=LiMnO4B放電過程中，石墨沒有得失電子C該電池也能在KOH溶液的環(huán)境中

19、正常工作D充電時電池上標(biāo)有“”的電極應(yīng)與外接電源的負(fù)極相連解析：(1)選項A，電解獲得H2消耗較多的能量，而在催化劑作用下利用太陽能來分解H2O獲得H2更為科學(xué)選項B，氫氧燃料電池中生成物為H2O，對環(huán)境無污染選項C，以稀H2SO4為介質(zhì)的電池負(fù)極反應(yīng)式為：H22e=2H，以KOH為介質(zhì)的電池負(fù)極反應(yīng)式為H22OH2e=2H2O.選項D，氫氧燃料電池的總反應(yīng)式均為：2H2O2=2H2O.(2)放電時，在堿性條件下，負(fù)極反應(yīng)式為：Zn2e2OH=Zn(OH)2.根據(jù)電池總反應(yīng)式可知，2 mol K2FeO4被還原時有6 mol電子轉(zhuǎn)移，所以放電時每轉(zhuǎn)移3 mol電子，有1 mol K2FeO4被

20、還原(3)選項A，根據(jù)總反應(yīng)式可知Li失去電子，電池負(fù)極反應(yīng)式為：xLixe=xLi，由總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式可得放電時的正極反應(yīng)式為Li1xMnO4xLixe=LiMnO4.選項B，根據(jù)總反應(yīng)式可判斷石墨沒有得失電子選項C，Li能與KOH溶液中的H2O反應(yīng)，導(dǎo)致電池?zé)o法正常工作選項D，充電過程是放電的逆向過程，外界電源的負(fù)極提供的電子使原電池負(fù)極獲得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以標(biāo)有“”的電極應(yīng)與外接電源的負(fù)極相連答案：(1)C(2)Zn2e2OH=Zn(OH)21(3)C11(12分)某興趣小組同學(xué)利用氧化還原反應(yīng)：2KMnO410FeSO48H2SO4=2MnSO45Fe2(SO4)3K2SO4

21、8H2O設(shè)計如下原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度均為1 mol·L1，鹽橋中裝有飽和K2SO4溶液回答下列問題：(1)發(fā)生氧化反應(yīng)的燒杯是_(填“甲”或“乙”)(2)外電路的電流方向?yàn)椋簭腳到_(填“a”或“b”)(3)電池工作時，鹽橋中的SO移向_(填“甲”或“乙”)燒杯(4)甲燒杯中發(fā)生的電極反應(yīng)為_解析：根據(jù)氧化還原反應(yīng)可知：甲燒杯中石墨作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：MnO48H5e=Mn24H2O；乙燒杯中石墨作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Fe2e=Fe3，外電路電流方向從正極流向負(fù)極，即從a到b.電池工作時，鹽橋中的陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極，即SO

22、移向乙燒杯答案：(1)乙(2)ab(3)乙(4)MnO8H5e=Mn24H2O4(2010·安徽高考)某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H，其基本結(jié)構(gòu)如圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2O2=2H2O，下列有關(guān)說法正確的是()A電子通過外電路從b極流向a極Bb極上的電極反應(yīng)式為：O22H2O4e=4OHC每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，消耗1.12 L的H2DH由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極解析：該原電池的化學(xué)原理是H2被氧化，在負(fù)極(a極)發(fā)生反應(yīng)：H22e=2H，H由a極轉(zhuǎn)移到b極，D項正確；O2發(fā)生還原反應(yīng)，在正極(b極)發(fā)生反應(yīng)：O24H4e=2H2O，則電子從a極流向b

23、極，A、B兩項不正確；C項因未指明氣體所處的溫度和壓強(qiáng)，不正確答案：D12(2011·汕頭模擬)鎂及其化合物一般無毒(或低毒)、無污染，且鎂原電池放電時電壓高而平穩(wěn)，使鎂原電池越來越成為人們研制綠色原電池的關(guān)注焦點(diǎn)其中一種鎂原電池的反應(yīng)為xMgMo3S4MgxMo3S4；在鎂原電池放電時，下列說法錯誤的是()AMg2向負(fù)極遷移B正極反應(yīng)為：Mo3S42xe=Mo3SCMo3S4發(fā)生氧化反應(yīng)D負(fù)極反應(yīng)為：xMg2xe=xMg2解析：正極反應(yīng)為Mo3S42xe=Mo3S，發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)為xMg2xe=xMg2，負(fù)極產(chǎn)生的Mg2移向正極參加反應(yīng)，AC選項錯誤答案：AC13世博會中國

24、館、主題館等建筑所使用的光伏電池，總功率達(dá)4兆瓦，是歷屆世博會之最下列有關(guān)敘述正確的是()A光伏電池是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹷光伏電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸電流從b流向aD圖中N型半導(dǎo)體為正極，P型半導(dǎo)體為負(fù)極解析：根據(jù)圖示，光伏電池是將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，A正確，B錯誤外電路中，電流從b流向a，C正確由于電流從P型半導(dǎo)體流出，因而P型半導(dǎo)體為正極，D錯誤答案：AC14(2011·海淀高三期末)高功率Ni/MH(M表示儲氫合金)電池已經(jīng)用于混合動力汽車總反應(yīng)方程式如下：Ni(OH)2MNiOOHMH，下列敘述正確的是()A放電時正極附近溶液的堿性增強(qiáng)B放電時負(fù)極反應(yīng)為：MH2Oe=MHOHC充電時陽極反應(yīng)為：NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OHD放電時每轉(zhuǎn)移1 mol電子，正極有1 mol NiOOH被還原解析：放電時正極反應(yīng)為NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH，正極附近c(diǎn)(OH)增大，溶液堿性增強(qiáng)，A對；放電時負(fù)極反應(yīng)為MHOHe=MH2O，B錯；