2022新高考化學(xué)微題型《加練半小時(shí)》第6章微題型57基于鋰、鈉、鐵、鎳等新型高能的化學(xué)電源

1．(2020·鄒城市兗礦第一中學(xué)高三期末)科學(xué)工作者研發(fā)了一種SUNCAT的系統(tǒng)，借助鋰循環(huán)可持續(xù)合成氨，其原理如圖所示。下列說法不正確的是()A．過程Ⅰ得到的Li3N的電子式為B．過程Ⅱ生成W的反應(yīng)為L(zhǎng)i3N＋3H2O=3LiOH＋NH3↑C．反應(yīng)Ⅲ中能量轉(zhuǎn)化的方式是電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能D．過程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均為氧化還原反應(yīng)2．據(jù)報(bào)道，我國(guó)已研制出“可充室溫鈉—二氧化碳電池”，電極材料為鈉金屬片和碳鈉米管，電解液為高氯酸鈉—四甘醇二甲醚，電池總反應(yīng)為4Na＋3CO2eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2Na2CO3＋C，生成固體Na2CO3沉積在碳鈉米管上。下列敘述不正確的是()A．放電時(shí)鈉金屬片發(fā)生氧化反應(yīng)B．充電時(shí)碳鈉米管接直流電源的正極C．充電時(shí)的陽極反應(yīng)為C＋2Na2CO3－4e－=3CO2↑＋4Na＋D．放電時(shí)每消耗3molCO2，轉(zhuǎn)移12mol電子3．(2020·陜西漢中高三一模)某種鈉—空氣水電池的充、放電過程原理示意圖如圖所示，下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，Na＋向正極移動(dòng)B．放電時(shí)，電子由鈉箔經(jīng)過導(dǎo)線流向碳紙C．充電時(shí)，當(dāng)有0.1mole－通過導(dǎo)線時(shí)，則鈉箔增重2.3gD．充電時(shí)，碳紙與電源負(fù)極相連，電極反應(yīng)式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑4．高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列敘述正確的是()A．放電時(shí)Zn是正極B．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2C．充電時(shí)Fe(OH)3被還原D．充電時(shí)電解液的堿性增強(qiáng)5．(2021·武漢月考)三元鋰電池是以鎳鈷錳為正極材料的新型電池，鎳鈷錳材料可表示為L(zhǎng)i1－nNixCoyMnzO2，x＋y＋z＝1，通常簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)i1－nMO2，Ni、Co、Mn三種元素分別顯＋2、＋3、＋4價(jià)。其充電時(shí)總反應(yīng)為L(zhǎng)iMO2＋C6eq\o(=,\s\up7(通電))Li1－nMO2＋LinC6。下列說法錯(cuò)誤的是()A．放電和充電時(shí)，電解液的主要作用都是傳遞離子，構(gòu)成閉合回路B．在Li1－nMO2材料中，若x∶y∶z＝2∶3∶5，則n＝0.3C．放電時(shí)，正極反應(yīng)為L(zhǎng)i1－nMO2＋nLi＋＋ne－=LiMO2D．充電時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2amol電子，負(fù)極材料減重1.4ag6．一種新型燃料電池，以鎳板為電極插入KOH溶液中，分別向兩極通入乙烷(C2H6)和氧氣，其中某一電極反應(yīng)式為C2H6＋18OH－－14e－=2COeq\o\al(2－,3)＋12H2O。有關(guān)此電池的推斷不正確的是()A．通入氧氣的電極為正極B．參加反應(yīng)的O2與C2H6的物質(zhì)的量之比為7∶2C．放電一段時(shí)間后，KOH的物質(zhì)的量濃度將下降D．放電一段時(shí)間后，正極區(qū)附近溶液的pH減小7．(2020·深圳市高級(jí)中學(xué)高三開學(xué)考試)裝置為鋰釩氧化物二次電池，其成本較低，且對(duì)環(huán)境無污染：V2O5＋xLieq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))LixV2O5；在下圖中用該電池電解含鎳酸性廢水可得到單質(zhì)鎳。下列說法正確的是()A．該電池充電時(shí)，B電極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)ixV2O5－xe－=V2O5＋xLi＋B．鋰釩氧化物二次電池可以用LiCl水溶液作為電解液C．電解過程中，b中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度會(huì)增大D．當(dāng)鋰釩氧化物二次電池中有7gLi參與放電時(shí)，一定能得到29.35g鎳8．新型鋰離子電池材料Li2MSiO4(M為Fe，Co，Mn，Cu等)是一種發(fā)展?jié)摿艽蟮碾姵仉姌O材料。工業(yè)制備Li2MSiO4有兩種方法。方法一固相法：2Li2SiO3＋FeSO4eq\o(=,\s\up7(惰性氣體),\s\do5(高溫))Li2FeSiO4＋Li2SO4＋SiO2。方法二溶膠—凝膠法：CH3COOLi、Fe(NO3)3、Si(OC2H5)4等試劑eq\o(→,\s\up7(溶液),\s\do5(適當(dāng)條件))膠體eq\o(→,\s\up7(干燥))干凝膠eq\o(→,\s\up7(熱處理))Li2FeSiO4。(1)固相法中制備Li2FeSiO4過程采用惰性氣體氣氛，其原因是________________________________________________________________________。(2)溶膠—凝膠法中，檢查溶液中有膠體生成的方法是________________________________________________________________________；生產(chǎn)中，生成1molLi2FeSiO4整個(gè)過程轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為________mol。(3)以Li2FeSiO4和嵌有Li的石墨為電極材料，含鋰的導(dǎo)電固體作電解質(zhì)，構(gòu)成電池的總反應(yīng)式為L(zhǎng)i＋LiFeSiO4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Li2FeSiO4，則該電池的負(fù)極是________；充電時(shí)，陽極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。(4)使用(3)組裝的電池必須先________。9．(2020·甘肅高三期中)鈉硫電池作為一種新型儲(chǔ)能電池，其應(yīng)用逐漸得到重視和發(fā)展。(1)Al(NO3)3是制備鈉硫電池部件的原料之一。由于Al(NO3)3容易吸收環(huán)境中的水分，需要對(duì)其進(jìn)行定量分析。具體步驟如下圖所示：①加入試劑a后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________________________________________________________________。②操作b為________，操作c為________。③Al(NO3)3待測(cè)液中，c(Al3＋)＝__________mol·L－1(用m、V表示)。(2)鈉硫電池以熔融金屬鈉、熔融硫和多硫化鈉(Na2Sx)分別作為兩個(gè)電極的反應(yīng)物，固體Al2O3陶瓷(可傳導(dǎo)Na＋)為電解質(zhì)，其反應(yīng)原理如下圖所示：①根據(jù)下表數(shù)據(jù)，請(qǐng)你判斷該電池工作的適宜溫度應(yīng)控制在________范圍內(nèi)(填字母)。物質(zhì)NaSAl2O3熔點(diǎn)/℃97.81152050沸點(diǎn)/℃892444.62980a.100℃以下 b．100～300℃c．300～350℃ d．350～2050℃②放電時(shí)，電極A為________極。③放電時(shí)，內(nèi)電路中Na＋的移動(dòng)方向?yàn)開_______(填“從A到B”或“從B到A”)。④充電時(shí)，總反應(yīng)為Na2Sx=2Na＋xS(3<x<5)，則陽極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。10．世界能源消費(fèi)的90%以上依靠化學(xué)技術(shù)。(1)工業(yè)制氫的一個(gè)重要反應(yīng)是利用CO還原H2O(g)。已知：C(石墨，s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－394kJ·mol－12C(石墨，s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH＝－222kJ·mol－1H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH＝－242kJ·mol－1則CO還原H2O(g)的熱化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________________________。(2)氫能被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色能源，寫出堿式氫氧燃料電池工作時(shí)的負(fù)極電極反應(yīng)式：________________________________________________________________________。(3)一種新型鋰離子二次電池——磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池。作為正極材料的磷酸鐵鋰在充、放電時(shí)的局部放大示意圖如下圖，寫出該電池充電時(shí)的陽極電極反應(yīng)式：________________________________________________________________________。(4)LiOH是制備鋰離子電池正極材料的重要原料，其電解法制備裝置如右圖。氣體a通入淀粉-KI溶液中，發(fā)現(xiàn)溶液變藍(lán)，持續(xù)一段時(shí)間后，藍(lán)色逐漸褪去。則M極為電源的________(填“正”或“負(fù)”)極，B極區(qū)電解液為________________(填化學(xué)式)溶液，該離子交換膜是__________(填“陽”或“陰”)離子交換膜，解釋藍(lán)色褪去的原因________________________________________________________________________。11．(2020·北京海淀高三一模)鎳鎘電池是應(yīng)用廣泛的二次電池，其總反應(yīng)為：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2Ni(OH)2＋Cd(OH)2制造密封式鎳鎘電池的部分工藝如下：Ⅰ.Ni(OH)2的制備以硫酸鎳(NiSO4)為原料制備Ni(OH)2的主要過程如下圖所示。制備過程中，降低Ni(OH)2沉淀速率，可以避免沉淀團(tuán)聚，提升電池性能。已知：Ni2＋＋6NH3·H2O[Ni(NH3)6]2＋＋6H2O(1)操作a是________。(2)制備過程中，需先加氨水，再加過量NaOH，請(qǐng)分析：①先加氨水的目的是___________________________________________________________。②用化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析加入NaOH需過量的原因是________________________________________________________________________。(3)用無水乙醇代替水洗滌濾渣的優(yōu)點(diǎn)是____________________________________________(答出1條即可)。Ⅱ.鎳鎘電池的組裝主要步驟：①將Ni(OH)2和Cd(OH)2固定，中間以隔膜隔開(如圖所示)；②將多組上述結(jié)構(gòu)串聯(lián)；③向電池中注入KOH溶液；④密封。(4)下列對(duì)鎳鎘電池組裝和使用的分析正確的是______(填字母)。a．密封鎳鎘電池可以避免KOH變質(zhì)b．鎳電極為電池的負(fù)極，鎘電極為電池的正極c．電池組裝后，應(yīng)先充電，再使用Ⅲ.過度充電的保護(hù)電池充電時(shí)，若Cd(OH)2和Ni(OH)2耗盡后繼續(xù)充電，會(huì)造成安全隱患，稱為過度充電。制造電池時(shí)，在鎘電極加入過量的Cd(OH)2可對(duì)電池進(jìn)行過度充電保護(hù)，該方法稱為鎘氧循環(huán)法。(5)Cd(OH)2耗盡后繼續(xù)充電，鎘電極上生成的物質(zhì)為________。(6)已知：①隔膜可以透過陰離子和分子，②O2可以與Cd發(fā)生反應(yīng)生成Cd(OH)2。請(qǐng)結(jié)合兩個(gè)電極上的電極反應(yīng)式說明用鎘氧循環(huán)法實(shí)現(xiàn)過度充電保護(hù)的原理：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

答案精析1．D2．D[放電時(shí)鈉金屬片作負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故A正確；原電池中正極上CO2得到電子，則充電時(shí)碳納米管接直流電源的正極，故B正確；充電為電解池，陽極與正極相連，陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則陽極反應(yīng)為C＋2Na2CO3－4e－=3CO2↑＋4Na＋，故C正確；放電時(shí)每消耗3molCO2,4molNa失去電子，轉(zhuǎn)移4mol電子，故D錯(cuò)誤。]3．D[放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中陽離子向正極遷移，陰離子向負(fù)極遷移，A項(xiàng)正確；電池放電時(shí)，鈉箔為負(fù)極，碳紙為正極，電子在外電路中遷移方向是從負(fù)極流向正極，B項(xiàng)正確；充電時(shí)，鈉箔發(fā)生的電極反應(yīng)為Na＋＋e－=Na，所以若有0.1mole－通過導(dǎo)線，鈉箔處就會(huì)析出0.1mol的鈉單質(zhì)，質(zhì)量增加2.3g，C項(xiàng)正確；碳紙?jiān)陔姵胤烹姇r(shí)為正極，所以充電時(shí)應(yīng)與電源的正極相連，電極連接錯(cuò)誤；但此選項(xiàng)中電極反應(yīng)式書寫是正確的，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]4．B[放電時(shí)，Zn失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以作負(fù)極，A錯(cuò)誤；根據(jù)總的反應(yīng)方程式可知，放電時(shí)負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，B正確；充電時(shí)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)從＋3價(jià)升高到＋6價(jià)，被氧化，C錯(cuò)誤；充電時(shí)，溶液由堿性變?yōu)橹行?，則溶液的堿性減弱，D錯(cuò)誤。]5．D[放電和充電時(shí)，電解液中離子通過定向移動(dòng)，構(gòu)成閉合回路，A正確；Li1－nNixCoyMnzO2中根據(jù)化合物正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算，1－n＋2×eq\f(2,2＋3＋5)＋3×eq\f(3,2＋3＋5)＋4×eq\f(5,2＋3＋5)－2×2＝0，得出n＝0.3，B正確；放電時(shí)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，得電子，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1－nMO2＋nLi＋＋ne－=LiMO2，C正確；充電時(shí)，負(fù)極得電子，電極反應(yīng)為nLi＋＋C6＋ne－=LinC6，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2amol電子，負(fù)極材料增重1.4ag，D錯(cuò)誤。]6．D[通入乙烷的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，A項(xiàng)正確；1mol乙烷參與反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移14mol電子，則參與反應(yīng)的氧氣的量為eq\f(14mol,4)＝eq\f(7,2)mol，參加反應(yīng)的O2與乙烷物質(zhì)的量之比為7∶2，B項(xiàng)正確；電池總反應(yīng)為2C2H6＋7O2＋8OH－=4COeq\o\al(2－,3)＋10H2O，氫氧化鉀被消耗，KOH的物質(zhì)的量濃度將下降，C項(xiàng)正確；正極的電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，放電一段時(shí)間后正極區(qū)的c(OH－)增大，則pH增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]7．C[該電池充電時(shí)，A為陽極，陽極上LixV2O5失電子，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)ixV2O5－xe－=V2O5＋xLi＋，B電極為陰極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i＋＋e－=Li，A錯(cuò)誤；Li是活潑金屬，能與水反應(yīng)而自損，所以鋰釩氧化物二次電池不能用LiCl水溶液作為電解液，B錯(cuò)誤；電解過程中，a中Na＋透過陽離子膜進(jìn)入b中，c中Cl－透過陰離子膜進(jìn)入b中，使b中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度增大，C正確；當(dāng)鋰釩氧化物二次電池中有7gLi參與放電時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為1mol，隨著電解的進(jìn)行，c(Ni2＋)減小，H＋的放電能力大于Ni2＋，所以得到Ni的質(zhì)量小于或等于eq\f(1,2)×1mol×58.7g·mol－1＝29.35g，D錯(cuò)誤。]8．(1)防止Fe2＋被氧化成Fe3＋(2)用一束強(qiáng)光照射溶液，從側(cè)面能觀察到一條光亮的通路1(3)嵌有Li的石墨Li2FeSiO4－e－=LiFeSiO4＋Li＋(4)充電解析(1)Fe2＋易被氧化成Fe3＋，加熱時(shí)需隔絕空氣。(2)膠體的特性是丁達(dá)爾效應(yīng)。根據(jù)Fe(NO3)3～e－～Li2FeSiO4，生成1molLi2FeSiO4轉(zhuǎn)移1mol電子。(3)負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)是嵌有Li的石墨作負(fù)極。Li2FeSiO4在陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。(4)該電池組裝后沒有LiFeSiO4，所以不能放電，充電后產(chǎn)生LiFeSiO4才可以放電。9．(1)①Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)②過濾洗滌灼燒(或加熱)、冷卻③eq\f(1000m,51V)(2)①c②負(fù)③從A到B④Seq\o\al(2－,x)－2e－=xS解析(1)①由操作流程可知實(shí)驗(yàn)原理是Al(NO3)3和氨水反應(yīng)生成Al(OH)3，試劑a為氨水，反應(yīng)的方程式為Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。②Al(OH)3經(jīng)過濾、洗滌、灼燒后生成Al2O3，冷卻后稱量。③n(Al2O3)＝eq\f(mg,102g·mol－1)＝eq\f(m,102)mol，則n[Al(NO3)3]＝2n(Al2O3)＝eq\f(m,51)mol，c[Al(NO3)3]＝eq\f(\f(m,51)mol,V×10－3L)＝eq\f(1000m,51V)mol·L－1。(2)①原電池工作時(shí)，控制的溫度應(yīng)為滿足Na、S為熔融狀態(tài)，則溫度應(yīng)高于115℃而低于444.6℃，只有c符合。②放電時(shí)，Na被氧化，應(yīng)為原電池負(fù)極。③陽離子向正極移動(dòng)，即從A到B。④充電時(shí)，是電解池反應(yīng)，陽極反應(yīng)為Seq\o\al(2－,x)－2e－=xS。10．(1)CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41kJ·mol－1(2)H2－2e－＋2OH－=2H2O(3)LiFePO4－xe－=Li(1－x)FePO4＋xLi＋(4)負(fù)LiCl陽氯氣將生成的I2繼續(xù)氧化為更高價(jià)態(tài)的碘的化合物解析(1)已知在25℃時(shí)：①C(石墨，s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－394kJ·mol－1，②2C(石墨，s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH2＝－222kJ·mol－1，③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH3＝－242kJ·mol－1，由蓋斯定律，①－③－②×eq\f(1,2)得：CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)，故ΔH＝ΔH1－ΔH3－eq\f(1,2)ΔH2＝－394kJ·mol－1－(－242kJ·mol－1)－(－111kJ·mol－1)＝－41kJ·mol－1。(2)燃料電池的負(fù)極上是氫氣發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)電解質(zhì)是堿性環(huán)境，所以負(fù)極的電極反應(yīng)式：H2－2e－＋2OH－=2H2O。(3)充電時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)的為陽極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iFePO4－xe－=Li(1－x)FePO4＋xLi＋。(4)電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為L(zhǎng)iOH和LiCl溶液，由圖可知，左側(cè)生成氫氣，則B中氫離子放電，可知A為陰極，M是負(fù)極，在A中制備LiOH，Li＋由B經(jīng)過陽離子交換膜向A移動(dòng)，離子交換膜是陽離子交換膜；B中為L(zhǎng)iCl溶液，氯離子放電生成氯氣，Cl2將I2氧化成更高價(jià)態(tài)的碘的化合物，導(dǎo)致藍(lán)色褪去。11．(1)過濾(2)①可使Ni2＋發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為[Ni(NH3)6]2＋，降低溶液中Ni2＋的濃度②加入NaOH后，溶液中存在兩個(gè)平衡，平衡①：Ni2＋(aq)＋2OH－(aq)Ni(OH)2(s)，平衡②：Ni2＋＋6NH3·H2O[Ni(NH3)6]2＋＋6H2O；O