锂离子电池及其它新型电池专题

1 锂离子电池及其它新型电池专题锂离子电池及其它新型电池专题 1 2009 浙江理综 12 市场上经常见到的标记为 Li ion 的电池称为 锂离子电池 它的负极材料是金属锂和碳的复合材料 碳作为金属锂的载体 电解质为一种能传导 Li 的高分子材料 这种锂离子电池的电池反应为 Li 2Li0 35 20 852 2NiOLiNiO 放电 充电 下列说法不正确的是 A 放电时 负极的电极反应式 Li e Li B 充电时 Li0 85 2 NiO既发生氧化反应又发生还原反应 C 该电池不能用水溶液作为电解质 D 放电过程中 Li 向负极移动 答案 D 解析 A 项 Li 从零价升至正价 失去电子 作为负极 正确 B 项 反应逆向进行时 反应物只有一种 故化合价既有升 又有降 所以既发生氧化反应又发生还原反应 正确 C 项 由于 Li 可以与水反应 故应为非水材料 正确 D 项 原电池中阳离子应迁移至正 极失电子 故错 2 2009 江苏单科 12 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示 关 于该电池的叙述正确的是 A 该电池能够在高温下工作 B 电池的负极反应为 612622 C H O 6H O 24e 6CO 24H C 放电过程中 H从正极区向负极区迁移 D 在电池反应中 每消耗 1mol 氧气 理论上能生成标准状况下 2 CO气体 22 4 6 L 标准答案 B 解析 A 项 高温条件下微生物会变性 所以 A 错 B 项 负极是葡萄糖失电子生成二 氧化碳 所以 B 对 C 项 原电池内部阳离子应向正极移动 所以 C 错 D 项 消耗 1mol 氧气生成 1mol 二氧化碳 标准状况下体积是 22 4L D 错 考点分析 原电池反应 反应原理 电极方程式的书写 离子的移动方向 有关化学方程式的计算 2 2009 天津 10 14 分 氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置 下图 为电池示意图 该电池电极表面镀一层细小的铂粉 铂吸附气体的能力强 性质稳定 请 回答 1 氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 在导线中电子流动方向为 用 a b 表示 2 负极反应式为 3 电极表面镀铂粉的原因为 4 该电池工作时 H2和 O2连续由外部供给 电池可连续不断提供电 能 因此 大量安全储氢是关键技术之一 金属锂是一种重要的储氢材 料 吸氢和放氢原理如下 2Li H2 2LIH LiH H2O LiOH H2 反应 中的还原剂是 反应 中的氧化剂是 2 已知 LiH 固体密度为 0 82g cm3 用锂吸收 224L 标准状况 H2 生成的 LiH 体积与被 吸收的 H2体积比为 由 生成的 LiH 与 H2O 作用 放出的 H2用作电池燃料 若能量转化率为 80 则导线中 通过电子的物质的量为 mol 32 解析 本题考查电化学知识 1 原电池的实质为化学能转化成电能 总反应为 2H2 O2 2H2O 其中 H2从零价升至 1 价 失去电子 即电子从 a 流向 b 2 负极为失 去电子的一极 即 H2失电子生成 H 由于溶液是碱性的 故电极反应式左右应各加上 OH 3 铂粉的接触面积大 可以加快反应速率 4 I Li 从零价升至 1 价 作还原剂 II H2O 的 H 从 1 降至 H2中的零价 作氧化剂 由反应 I 当吸收 10molH2时 则生成 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 实际参加反应的 H2为 20 80 1 6mol 1molH2转化成 1molH2O 转移 2mol 电子 所以 1 6molH2可转移 3 2mol 的电子 3 2009 四川理综 29 15 分 新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位 可用作节能环保电动汽车的动力电 池 磷酸亚铁锂 LiFePO4 是新型锂离子电池的首选电极材料 它的制备方法如下 方法一 将碳酸锂 乙酸亚铁 CH3COO Fe 磷酸二氢铵按一定比例混合 充分研磨 2 后 在 800 左右 惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂 同时生成的乙酸及其它产 物均以气体逸出 方法二 将一定浓度的磷酸二氢铵 氯化锂混合溶液作为电解液 以铁棒为阳极 石墨为 阴极 电解析出磷酸亚铁锂沉淀 沉淀经过滤 洗涤 干燥 在 800 左右 惰性气体氛 围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂 在锂离子电池中 需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子选移的介质 该有机聚合物 的单体之一 用 M 表示 的结构简式如下 请回答下列问题 1 上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行 其原因是 2 在方法一所发生的反应中 除生成磷酸亚铁锂 乙酸外 还有 填化学式 生成 3 在方法二中 阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为 3 4 写出 M 与足量氧化钠溶液反应的化学方程式 5 已知该锂离子电池在充电过程中 阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁 则该电池放电时正 极的电极反应式为 答案 15 分 1 为了防止亚铁化合物被氧化 2 COH ONH3 每空 1 分 共 3 分 22 3 Fe H P Li 2e LiFePO4 2H 3 2 4 O 分 4 3 分 5 FePO4 Li e LiFePO4 3 分 解析 1 亚铁离子具有强还原性 制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进 行 其原因是为了防止亚铁化合物被氧化 2 将碳酸锂 乙酸亚铁 磷酸二氢铵在 800 左右 惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂 乙酸及其它产物均以气体逸出 根据题 意和元素守恒 可得其他产物为 CO H O 和 NH3 3 将一定浓度的磷酸二氢铵 22 氯化锂混合溶液作为电解液 以铁棒为阳极 石墨为阴极 电解析出磷酸亚铁锂沉淀 阳 极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为 Fe H P Li 2e LiFePO4 2H 4 M 具有酯 2 4 O 基 在碱性条件下可发生水解 M 与足量氧化钠溶液反应的化学方程式 考点分析 氧化还原 电极方程式 有机化学方程式综合运用 4 2009 海南单科 15 9 分 Li SOCl2电池可用于心脏起搏器 该电池的电极材料分别为锂和碳 电解液是 LiAlCl4 SOCl2 电池的总反应可表示为 4Li 2SOCl2 4LiCl S SO2 请回答下列问题 1 电池的负极材料为 发生的电极反应为 2 电池正极发生的电极反应为 3 SOCl2易挥发 实验室中常用 NaOH 溶液吸收 SOCl2 有 Na2SO3和 NaCl 生成 如 4 果把少量水滴到 SOCl2中 实验现象是 反应的化学方程式为 4 组装该电池必须在无水 无氧的条件下进行 原因是 答案 1 负极材料为 Li 还原剂 Li e Li 2 2SOCl2 4 e 4Cl S SO2 3 出现白雾 有刺激性气体生成 SOCl2 H2O SO2 2HCl 4 因为构成电池的两个主要成份 Li 能和氧气水反应 且 SOCl2也与水反应 解析 分析反应的化合价变化 可得 Li 为还原剂 SOCl2为氧化剂 1 负极材料为 Li 还原剂 Li e Li 2 负极反应式可由总反应减去负极反应式得到 2SOCl2 4 e 4Cl S SO2 3 题中给出有碱液吸收时的产物 则没有碱液吸收时的产物应为 SO2和 HCl 所以现象 应该为出现白雾和有刺激性气体生成 4 因为构成电池的两个主要成份 Li 能和氧气水反应 且 SOCl2也与水反应 4 08 江苏卷 镍镉 Ni Cd 可充电电池在现代生活中有广泛应用 已知某镍镉电池的 电解质溶液为 KOH 溶液 其充 放电按下式进行 Cd 2NiOOH 2H2OCd OH 2 2Ni OH 2 有关该电池的说法正确的是 A 充电时阳极反应 Ni OH 2 e OH NiOOH H2O B 充电过程是化学能转化为电能的过程 C 放电时负极附近溶液的碱性不变 D 放电时电解质溶液中的 OH 向正极移动 解析 由充电时方程式中的 Cd 和 Ni 的化合价的变化可知 Ni OH 2作阳极 电解质溶液 为 KOH 所以电极反应式为 Ni OH 2 e OH NiOOH H2O Cd OH 2作阴 极 Cd OH 2 2e Cd 2OH 充电的过程是将电能转化为化学能 放电时 Cd 作负极 Cd 2e 2OH Cd OH 2 Cd 周围的 c OH 下降 OH 向负极移 动 答案 A 5 2008 广东 16 LiFePO4电池具有稳定性高 安全 对环境友好等优点 可用于电动汽车 电池反应为 FePO4 LiLiFePO4 电池的正极材料是 LiFePO4 负极材料是石墨 含 放电 充电 U 导电固体为电解质 下列有关 LiFePO4电池说法正确的是 A 可加入硫酸以提高电解质的导电性 B 放电时电池内部 Li 向负极移动 C 充电过程中 电池正极材料的质量减少 D 放电时电池正极反应为 FePO4 Li e LiFePO4 解析 16CD 解释 放电时 负极 Li e Li 正极 FePO4 Li e LiFePO4 充电时 阳极 LiFePO4 e FePO4 Li 阴极 Li e Li 所以易知 C D 正确 若加入硫酸 与 Li 单质 固体 发生反应 所以 A 错 放电时 Li 应 正电荷 在电池 内部 电解质中 向正极移动 故 B 错 16 一定条件下 电解较稀浓度的硫酸 其还原产物为双氧水 该原理可用于制取双氧水 其电解的化学方程式为 3H2O 3O2 O3 3H2O 下列有关说法正确的是 C A 电解池的阳极生成双氧水 阴极生成臭氧 B 电解池中硫酸溶液的 pH 保持不变 C 产生臭氧的电极反应式为 3H2O 6e O3 6H D 产生双氧水的电极反应式为 2H2O 2e H2O2 2H 5 6 一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率 现用 Li2CO3 和 Na2CO3 的熔融盐混合物 作电解质 一极通 CO 气体 另一极通 O2 和 CO2混合气体 其总反应为 2CO O2 2CO2 则下列说法中正确的是 C A 通 CO 的一极是电池的正极 B 负极发生的电极反应是 O2 2CO2 4e 2CO32 C 负极发生的电极反应是 CO 2CO32 2 e 2CO2 D 正极发生氧化反应 7 用惰性电极电解 CuSO4 溶液 若阴极上析出 Cu 的质量为 3 2g 则阳极上产生的气体 在标准状况下的体积为 常温下 若将电解后的溶液稀释至 1L 则溶液的 pH 约为 0 56L 1 8 2010 全国 I 10 右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图 电池的一个点极由 有机光敏燃料 S 涂覆在纳米晶体表面制成 另一电极由导电玻璃镀铂构成 电池 2 TiO 中发生的反应为 激发态 22 TiO STiO S h 22 TiO STiO S e 3 I 2e3I 223 2TiO S3I2TiO S I 下列关于该电池叙述错误的是 A 电池工作时 是将太阳能转 化为电能 B 电池工作时 离子在镀铂I 导电玻璃电极上放电 C 电池中镀铂导电玻璃为正极 D 电池的电解质溶液中 I 和 I3 的浓度不会减少 解析 B 选项错误 从示意图可看在外电路中电子由负极流向正极 也即镀铂电极 做正极 发生还原反应 I3 2e 3I A 选项正确 这是个太阳能电池 从装置示意图可看 出是个原电池 最终是将光能转化为化学能 应为把上面四个反应加起来可知 化学物质 并没有减少 C 正确 见 B 选项的解析 D 正确 此太阳能电池中总的反应一部分实质就 是 I3 3I 的转化 还有 I2 I I3 另一部分就是光敏有机物从激发态与基态氧化 还原 的相互转化而已 所有化学物质最终均不被损耗 答案 B 命题意图 考查新型原电池 原电池的两电极反应式 电子流向与电流流向 太阳 能电池的工作原理 原电池的总反应式等 还考查考生变通能力和心理素质 能否适应陌 生的情境下应用所学知识解决新的问题等 点评 本题立意很好 但是考查过为单薄 而且取材不是最新的 在 3 月份江苏省 盐城市高三第二次调研考试化学试题第 17 题 3 问 与此题极为相似的模型 这对一些 考生显得不公平 9 Li Al FeS 电池是一种正在开发的车载电池 该电池中正极的电极反应式为 2 2Li FeS 2eLiFe 有关该电池的下列说法中 正确的是 B A Li Al 在电池中作为负极材料 该材料中 Li 的化合价为 1 价 B 该电池的电池反应式为 2Li FeS Li2S Fe C 负极的电极反应式为 Al 3e Al3 D 充电时 阴极发生的电极反应式为 2 Li s Fe 22eLiFeS 10 12 分分 1 氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一 下列有关说法不氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一 下列有关说法不 6 正确的是正确的是 A 太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学 太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学 B 氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境 氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境 C 以稀 以稀 H2SO4 KOH 为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同 D 以稀 以稀 H2SO4 KOH 为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同 2 纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池 该电池的总反应式为 纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池 该电池的总反应式为 3Zn 2K2FeO4 8H2O3Zn OH 2 2Fe OH 3 4KOH 放放电电 充充电电 该电池放电时负极反应式为该电池放电时负极反应式为 放电时每转移放电时每转移 3 mol 电子 正极有电子 正极有 mol K2FeO4被还原 被还原 3 锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域 占据主导地位 电池反应式为 占据主导地位 电池反应式为 Li1 xMnO4 LixLiMnO4 下列有关说法不正确的是 下列有关说法不正确的是 放放电电 充充电电 A 放电时电池的正极反应式为 放电时电池的正极反应式为 Li1 xMnO4 xLi xe LiMnO4 B 放电过程中 石墨没有得失电子 放电过程中 石墨没有得失电子 C 该电池也能在 该电池也能在 KOH 溶液的环境中正常工作溶液的环境中正常工作 D 充电时电池上标有 充电时电池上标有 的电极应与外接电源的负极相连的电极应与外接电源的负极相连 解析 解析 1 选项选项 A 电电解解获获得得 H2消耗消耗较较多的能量 而在催化多的能量 而在催化剂剂作用下利用太阳能来分解作用下利用太阳能来分解 H2O 获获得得 H2更更为为科学 科学 选项选项 B 氢氢氧燃料氧燃料电电池中生成物池中生成物为为 H2O 对环对环境无境无污污染 染 选项选项 C 以 以 稀稀 H2SO4为为介介质质的的电电池池负负极反极反应应式式为为 H2 2e 2H 以 以 KOH 为为介介质质的的电电池池负负极反极反应应式式 为为 H2 2OH 2e 2H2O 选项 选项 D 氢氢氧燃料氧燃料电电池的池的总总反反应应式均式均为为 2H2 O2 2H2O 2 放放电时电时 在碱性条件下 在碱性条件下 负负极反极反应应式式为为 Zn 2e 2OH Zn OH 2 根据根据电电池池总总反反应应式可知 式可知 2 mol K2FeO4被被还还原原时时有有 6 mol 电电子子转转移 所以放移 所以放电时电时每每转转 移移 3 mol 电电子 有子 有 1 mol K2FeO4被被还还原 原 3 选项选项 A 根据 根据总总反反应应式可知式可知 Li 失去失去电电子 子 电电池池负负极反极反应应式式为为 xLi xe xLi 由 由 总总反反应应式减去式减去负负极反极反应应式可得放式可得放电时电时的正极反的正极反应应式式为为 Li1 xMnO4 xLi xe LiMnO4 选项选项 B 根据 根据总总反反应应式可判断石墨没有得失式可判断石墨没有得失电电子 子 选项选项 C Li 能与能与 KOH 溶液中的溶液中的 H2O 反反应应 导导致致电电池无法正常工作 池无法正常工作 选项选项 D 充 充电过电过程是放程是放电电的逆向的逆向过过程 外界程 外界电电源的源的负负极提供的极提供的电电子子 使原使原电电池池负负极极获获得得电电子子发发生生还还原反原反应应 所以 所以标标有有 的的电电极极应应与外接与外接电电源的源的负负极相极相连连 答案 答案 1 C 2 Zn 2e 2OH Zn OH 2 1 3 C 11 12 分分 某兴趣小组同学利用氧化还原反应 某兴趣小组同学利用氧化还原反应 2KMnO4 10FeSO4 8H2SO4 2MnSO4 5Fe2 SO4 3 K2SO4 8H2O 设计如下原电池 设计如下原电池 其中甲 乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为其中甲 乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为 1 mol L 1 盐桥中装有饱和 盐桥中装有饱和 K2SO4溶溶 液 回答下列问题 液 回答下列问题 1 发生氧化反应的烧杯是发生氧化反应的烧杯是 填填 甲甲 或或 乙乙 2 外电路的电流方向为 从外电路的电流方向为 从 到到 填填 a 或或 b 3 电池工作时 盐桥中的电池工作时 盐桥中的 SO移向移向 填填 甲甲 或或 乙乙 烧杯 烧杯 2 4 7 4 甲烧杯中发生的电极反应为甲烧杯中发生的电极反应为 解析 解析 根据氧化根据氧化还还原反原反应应可知 甲可知 甲烧烧杯中石墨作正极 杯中石墨作正极 发发生生还还原反原反应应 电电极反极反应为应为 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O 乙 乙烧烧杯中石墨作杯中石墨作负负极 极 发发生氧化反生氧化反应应 电电极反极反应为应为 Fe2 e Fe3 外 外电电路路电电流方向从正极流向流方向从正极流向负负极 即从极 即从 a 到到 b 电电池工作池工作时时 盐桥盐桥中的阴中的阴 离子移向离子移向负负极 阳离子移向正极 即极 阳离子移向正极 即 SO移向乙移向乙烧烧杯 杯 2 4 答案 答案 1 乙乙 2 a b 3 乙乙 4 MnO 8H 5e Mn2 4H2O4 2010 安徽高考安徽高考 某固体酸燃料电池以某固体酸燃料电池以 4 CsHSO4固体固体 为电解质传递为电解质传递 H 其基本结构如图 电池总反应可表 其基本结构如图 电池总反应可表 示为 示为 2H2 O2 2H2O 下列有关说法正确的是 下列有关说法正确的是 A 电子通过外电路从 电子通过外电路从 b 极流向极流向 a 极极 B b 极上的电极反应式为 极上的电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH C 每转移 每转移 0 1 mol 电子 消耗电子 消耗 1 12 L 的的 H2 D H 由 由 a 极通过固体酸电解质传递到极通过固体酸电解质传递到 b 极极 解析 解析 该该原原电电池的化学原理是池的化学原理是 H2被氧化 在被氧化 在负负极极 a 极极 发发生反生反应应 H2 2e 2H H 由由 a 极极转转移到移到 b 极 极 D 项项正确 正确 O2发发生生还还原反原反应应 在正极 在正极 b 极极 发发生反生反应应 O2 4H 4e 2H2O 则电 则电子从子从 a 极流向极流向 b 极 极 A B 两两项项不正确 不正确 C 项项因未指明气体所因未指明气体所 处处的温度和的温度和压强压强 不正确 不正确 答案 答案 D 12 2011 汕头模拟汕头模拟 镁及其化合物一般无毒镁及其化合物一般无毒 或低毒或低毒 无污染 且镁原电池放电时电 无污染 且镁原电池放电时电 压高而平稳 使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的关注焦点 其中一种镁原电池压高而平稳 使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的关注焦点 其中一种镁原电池 的反应为的反应为 xMg Mo3S4MgxMo3S4 在镁原电池放电时 下列说法错误的是 在镁原电池放电时 下列说法错误的是 放放电电 充充电电 A Mg2 向负极迁移 向负极迁移 B 正极反应为 正极反应为 Mo3S4 2xe Mo3S2x 4 C Mo3S4发生氧化反应发生氧化反应 D 负极反应为 负极反应为 xMg 2xe xMg2 解析 解析 正极反正极反应为应为 Mo3S4 2xe Mo3S 发发生生还还原反原反应应 负负极反极反应为应为 2x 4 xMg 2xe xMg2 负 负极极产产生的生的 Mg2 移向正极参加反 移向正极参加反应应 AC 选项错误选项错误 答案 答案 AC 13 世博会中国馆 主题馆等建筑所使用的光伏电池 总功率达 世博会中国馆 主题馆等建筑所使用的光伏电池 总功率达 4 兆瓦 是历届世博兆瓦 是历届世博 会之最 下列有关叙述正确的是会之最 下列有关叙述正确的是 A 光伏电池是将太阳能转变为电能 光伏电池是将太阳能转变为电能 B 光伏电池是将化学能转变为电能 光伏电池是将化学能转变为电能 C 电流从 电流从 b 流向流向 a D 图中 图中 N 型半导体为正极 型半导体为正极 P 型半导体为负型半导体为负极极 解析 解析 根据根据图图示 光伏示 光伏电电池是将太阳能直接池是将太阳能直接转转变变 为电为电能的装置 能的装置 A 正确 正确 B 错误错误 外 外电电路中 路中 电电流从流从 b 流向流向 a C 正确 由于正确 由于电电流从流从 P 型半型半导导体流出 因而体流出 因而 P 型半型半导导体体为为正极 正极 D 错误错误 答案 答案 AC 14 2011 海淀高三期末海淀高三期末 高功率高功率 Ni MH M 表示储氢合金表示储氢合金 电池已经用于混合动力汽电池已经用于混合动力汽 车 总反应方程式如下 车 总反应方程式如下 Ni OH 2 MNiOOH MH 下列叙述正确的是 下列叙述正确的是 充充电电 放放电电 A 放电时正极附近溶液的碱性增强 放电时正极附近溶液的碱性增强 8 B 放电时负极反应为 放电时负极反应为 M H2O e MH OH C 充电时阳极反应为 充电时阳极反应为