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考点四十三 锂电池1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+2e=3Li2S4B 电池充电时间越长,电池中的Li2S2量越多C 石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D 电池工作时，外电路中流过0.04mol电子，负极材料减重0.28g【答案】B2LiFePO4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FePO4Li=LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li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液的导电性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增加D 放电时电池正极反应为FePO4Lie=LiFePO4【答案】D【解析】A.金属锂可以和硫酸发生化学反应，所以不能加入硫酸以提高电解质的导电性，故A错误；B.放电时，该装置是原电池，原电池中阳离子移向正极，故B错误；C.充电时,正极LiFePO4= FePO4Lie，正极材料LiFePO4被消耗，质量减少，故C错误；D.放电时,该装置是原电池,正极发生还原反应: FePO4Lie=LiFePO4，故D正确；综上所述，本题选D。3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能。该电池总反应为：PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法不正确的是 A 放电时，电子由Ca电极流出B 放电过程中，Li+向PbSO4电极移动C 每转移0.2mol电子，理论上生成20.7 g PbD 负极反应式：PbSO4+2e-+2Li+Li2SO4+Pb【答案】D4锂电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为负极反应：C6Lixe= C6Li1-xxLi+（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料）正极反应：Li1-xMO2xLi+x e-= LiMO2（LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物） 下列有关说法正确的是A锂电池充电时电池反应为C6LiLi1-xMO2 = LiMO2C6Li1-xB在电池反应中，锂、锌、银、铅各失去1mol电子，金属锂所消耗的质量最小C锂电池放电时电池内部Li+向负极移动 D锂电池充电时阴极反应为C6Li1-xxLi+xe= C6Li【答案】BD5已知电池的比能量是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小。有关下述两种电池说法正确的是( ) 锂离子电池的总反应为：LixCLi1xCoO2CLiCoO2锂硫电池的总反应为： 2LiSLi2SA锂离子电池放电时，Li向负极迁移B锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C理论上两种电池的比能量相同D右图表示用锂离子电池给锂硫电池充电【答案】B【解析】A、原电池中，阳离子移向正极，锂离子电池放电时，Li向正极迁移，A错误；B、锂硫电池充电时，锂电极与负极相连，作阴极，发生还原反应，B正确；C、电池的比能量是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小，两电池负极材料不同，所以比能量不同，C错误；D、由图中物质可知锂硫电池在放电，锂离子电池在充电，D错误。6锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为负极反应：C6Li-xe-=C6Li1-x+xLi+（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料）正极反应：Li1-xMO2+xLi+x e-=LiMO2（LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物）下列有关说法正确的是（ ）A锂离子电池放电时电池反应为LiMO2+C6Li1-x=C6Li+Li1-xMO2B锂离子电池充电时电池内部Li+向负极移动C锂离子电池放电时电池内部电流从负极流向正极D锂离子电池充电时阳极反应为C6Li1-x+xLi+xe-=C6Li【答案】B7锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为：负极反应：C6Lixe=C6Li1xxLi+（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成复合材料）正极反应：Li1xMO2xLi+x e=LiMO2（LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物）下列有关说法正确的是（ ）A锂离子电池充电时电池反应为C6LiLi1xMO2=LiMO2C6Li1xB电池反应中，锂、锌、银、铅各失去1mol电子，金属锌所消耗的质量最小C锂离子电池放电时电池内部Li+向负极移动D锂离子电池充电时阴极反应为C6Li1xxLi+x e=C6Li【答案】D【解析】A、充电时电池反应式为放点电池的反应式相反，放电时电池反应式为：C6LiLi1xMO2=LiMO2C6Li1x，错误，不选A；B、电池反应中，金属失去1摩尔电子，消耗几种金属的质量分别为7克、32.5克、108克、103.5克，锂的消耗质量最小，错误，不选B；C、放电时，阳离子向正极移动，错误，不选C；D、充电时，阴极得电子发生还原反应，与放电时负极反应相反，则电极反应式为C6Li1xxLi+x e=C6Li，正确，选D。8有一种锂电池，用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯()中而形成的，电池总反应方程式为：8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S，下列叙述中正确的是( )A电解质溶液中混入水，对电池反应无影响B金属锂作电池的正极，石墨作电池的负极C电池工作过程中，亚硫酰氯(SOCl2)被还原为Li2SO3D电池工作过程中，金属锂提供的电子与正极区析出硫的物质的量之比为41【答案】D9有一种锂电池，用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫酰氯（SOCl2）中而形成的，电池总反应方程式为：8Li3SOCl2=6LiClLi2SO32S，下列叙述中正确的是（ ）A 电解质溶液中混入水，对电池反应无影响B 金属锂作电池的正极，石墨作电池的负极C 电池工作过程中，亚硫酰氯（SOCl2）被还原为Li2SO3D 电池工作过程中，金属锂提供的电子与正极区析出的硫的物质的量之比为41【答案】D【解析】A.金属锂性质活泼，易与水反应，则电解质溶液应为非水溶液，故A错误；B.由电池总反应方程式可知，Li在反应中化合价升高，失去电子，则该电池的负极材料为锂，正极材料为石墨，故B错误；C.根据电池总反应方程式可知，亚硫酰氯（SOCl2）被还原为S，故C错误；D.根据总反应8Li3SOCl2=6LiClLi2SO32S可知，8molLi反应失去8mol电子，生成2molS，金属锂提供的电子与正极区析出的硫的物质的量之比为41，故D正确；答案选D。10TESLA电动汽车的电池采用了松下提供的NCA系列（镍钴铝体系）的18650A型钴酸锂（LiCoO2）锂离子电池。电池正极材料为钴酸锂（LiCoO2），负极材料是石墨（C6）。电池反应为：LiCoO2C6C6LixLi1xCoO2。下列有关说法不正确的是A锂离子电池与传统铅蓄电池相比，具有高比能量（比能量指的是单位重量或单位体积的能量）的特点B废旧锂离子电池先进行“放电处理”让Li+进入石墨（C6）中而利于回收C放电时，正极锂的化合价未发生改变D充电时电池标有（+）的极上发生的反应为：LiCoO2x e= Li1x CoO2xLi+【答案】B【解析】A、锂元素的摩尔质量较小，所以锂单位质量输出电能多，则其比能量（单位质量释放的能量）高，故A正确；B、在原电池放电时，电池内部的阳离子锂离子向正极钴酸锂（LiCoO2）移动，故B错误；C、放电时，电池的正极发生得电子的还原反应，CoO2+Li+e-=LiCoO2，正极锂的化合价未发生改变，故C正确；D、充电时电池正极上发生失电子的氧化反应，反应为：LiCoO2-x e-Li1-xCoO2+xLi+，故D正确。11水溶液锂电池是当今锂电池研发的前沿和方向之一，它用普通的水溶液替换传统锂电池中的有机电解质溶液。我国化学家研发的一种水锂电池采用复合膜包裹的金属锂作负极，锰酸锂(LiMn2O4)作正极，以0.5 molL1 Li2SO4水溶液作电解质，工作时电池的总反应为：LiMn2O4+LiLi2Mn2O4。下列有关该电池的说法不正确的是 A 该电池放电时，溶液中的锂离子向电极b移动B 该电池的负极反应式为：2Li+2H2O2LiOH+H2C 负极产生等量电子时，消耗锂的质量比用钠时少D 电池充电时的阳极反应式为：Li2Mn2O4eLiMn2O4+Li+【答案】B12金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度。它无电时也无需充电,用作燃料电池时,可更换正极的水性电解液和卡盒以及负极的金属锂就可以连续使用,分离出的氢氧化锂可采用电解其熔融物法回收锂而循环使用。其工作示意图见图，下列说法不正确的是 A 放电时,负极的电极反应式为Li-e-=Li+B 熔融的氢氧化锂用惰性电极电解再生时，金属锂在阴极得到C 有机电解液可以是乙醇等无水有机物D 放电时，正极的电极反应式为：2H2O+O2+4e-=4OH-【答案】C13科学家研发出一种新型水溶液锂电池，采用复合膜包裹的金属锂作负极，锰酸锂(LiMn2O4)作正极，以0.5 mol/Li2SO4 水溶液作电解质溶液。电池充、放电时，LiMn2O4与Li2Mn2O4可以相互转化。下列有关该电池的说法正确的是 A 该电池放电时，溶液中的SO42-向电极b移动B 该电池负极的电极反应式为:2Li+2H2O=2LiOH+H2C 电池充电时，外加直流电源的正极与电极a相连D 电池充电时，阳极的电极反应式为:Li2Mn2O4-e-=LiMn2O4 +Li+【答案】D【解析】A、根据图示可知，电极a为金属Li作负极，电极b为正极，所以电池放电时，溶液中的SO42-向电负极a移动，即A错误；B、该电池负极的电极反应式为Li-e-=Li+，故B错误；C、在给电池充电时，遵循正接正、负接负的原则，所以外加直流电源的正极与该电池的正极b相连，故C错误；D、根据放电、充电时电子转移的规律可知，充电时的阳极反应式为放电时正极反应的逆反应，即Li2Mn2O4-e-=LiMn2O4 +Li+，即D正确。所以本题正确答案为D。 14市场上经常见到的标记为Liion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式为：Li2Li0.35NiO22Li0.85NiO2 下列说法不正确的是A放电时，负极的电极反应式：Lie LiB充电时，Li0.85NiO2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】D15中国科学家用毛笔书写后的纸张作为空气电极，设计并组装了轻型、柔性且可折叠的可充电锂空气电池(图1)，电池的工作原理如图2。下列有关说法正确的是 A 放电时，纸张中的纤维素作锂电池的正极B 放电时，Li+由正极经过有机电解质溶液移向负极C 开关K闭合给锂电池充电，金属锂电极增重14g,空气电极放出22.4L的O2D 充电时，阳极的电极反应式为Li2O2-2e-=O2+2Li+【答案】D【解析】可充电锂空气电池放电时，纸张中的石墨作锂电池的正极，活泼的锂是负极，电解质里的阳离子负极经过有机电解质溶液移向正极；开关K闭合给锂电池充电，电池负极接电源的负极，充电时阳极上发生失电子的氧化反应。A、可充电锂空气电池放电时，纸张中的石墨作锂电池的正极，故A错误；B、放电时，Li由正极经过有机电解质溶液移向正极，故B错误；C、开关K闭合给锂电池充电，金属锂电极增重14g,1molLi,转移1mol电子，空气电极放出0.5molO2，标准状况下体积为11.2L的O2，故C错误；D、充电时阳极上发生失电子的氧化反应Li2O2-2e=O2+2Li，故D正确。故D正确。16某充电宝锂离子电池的总反应为：xLi+Li1xMn2O4 LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为：NiOOH+MH M+Ni（OH）2（M为储氢金属或合金），有关上述两种电池的说法不正确的是 A锂离子电池放电时Li+ 向正极迁移B锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn2O4xeLi1xMn2O4+xLi+C如图九表示用锂离子电池给镍氢电池充电D镍氢电池放电时，负极的电极反应式：MH+OH-e-H2O+M【答案】B17特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂电池，其工作原理如下图，A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，隔膜只允许Li+通过，电池反应式LixC6+Li1-xCoO2C6+LiCoO2。下列说法不正确的是 A 放电时电子从A极通过导线流向B极 B 放电时A是负极C 放电时Li+从右向左定向迁移 D 钴酸锂电池为二次电池【答案】C【解析】从方程式中看出Li的化合价升高，LixC6作负极，Li1-xCOO2做正极。放电时电子从负极流向正极，故从A极通过导线流向B极，故A正确； LixC6作负极，故B正确；放电时阳离子移向正极，Li+从左向右定向迁移，故C错误；钴酸锂电池可以充电为二次电池，故D正确。18锂硫电池由于具有高比能量以及硫廉价易得等优势而受到人们的广泛关注。锂一硫电池的正极材料主要由单质硫和一些高导电性材料复合而成，金属锂片作为负极，正负极之间用浸有电解液的隔膜隔开，其电池结构如图，下列说法不正确的是 ( ) A 负极的电极反应式为Li- e- =Li+B 正极材料中的石墨颗粒主要用于增强导电性C 电池工作时电子经导线流向正极，又经高氯酸锂介质流向Li极D 总反应方程式为2Li+S =Li2S【答案】C19菲斯科(FiskerInc.)公司宣布正在开发的固态锂电池能量密度是现有电池的2.5倍，续航里程可达500英里(约804公里)，最快充电时间可以分钟计，钴酸锂(LiCoO2) 电池的工作原理如图所示，M极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li+的高分子材料。隔膜只允许特定的离子通过。下列说法正确的是 A 电池的总反应式为:LixC6+Li1-xCoO2=C6+LiCoO2B M为电池的正极C 放电时，N为负极，电极发生氧化反应D 充电时，M为阳极，电极发生氧化反应【答案】A20锂硫电池是一种新型储能电池，放电时的总反应为2Li+xS=Li2Sx。以该电池为电源制备甲烷的原理如图所示。 下列说法正确的是A b为锂硫电池的负极B 锂硫电池的正极反应式为Li-e-=Li+C 阳极反应式为CO+3CO32-+2H2O-2e-=4HCO3-D 该装置工作时溶液中的CO32-增大【答案】C【解析】A、 b为锂硫电池的正极，相应电极为阳极，故A错误；B、锂硫电池的负极反应式为Li-e-=Li+，故B错误；C、阳极失电子，发生氧化反应，阳极反应式为CO+3CO32-+2H2O-2e-=4HCO3-，故C正确；D、根据阳极反应，该装置工作时溶液中的CO32-降低，HCO3浓度增大，故D错误；故选C。21我国成功研制的一种新型可充放电 AGDIB 电池(铝-石墨双离子电池)采用石墨、铝锂合金作为电极材料，以常规锂盐和碳酸酯溶剂为电解液。电池反应为 CxPF6+LiyAl=Cx+LiPF6+Liy-1+Al。放电过程如图，下列说法正确的是 A B为负极，放电时铝失电子B 电解液可以用常规锂盐和水代替C 充电时 A 电极反应式为 Cx + PF6- - e-= CxPF6D 废旧 AGDIB 电池进行“放电处理”时，若转移 1mol 电子，石墨电极上可回收 7gLi【答案】C22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P2VPnI2+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+P2VPnI2=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+，A项错误；B项，将正、负极电极反应式相加得电池总反应：2Li+P2VPnI2=P2VP（n-1）I2+2LiI，B项正确；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项错误；D项，该电池工作时，阴离子移向负极，碘离子移向负极，D项错误；答案选B。23锂离子电池在各种电子产品中广泛使用，某种可充电的锂离子电池的装置如图所示（a极材料为金属锂镶嵌在石墨中的复合材料），总反应方程式是FePO4(s)+Li(s)LiFePO4(s)。下列说法正确的是 A 根据图示可以判断该电池处于充电状态B 在放电状态时，a是正极，充电时a是阳极C 该电池中a、b极都可以接触水溶液D 充电时，b极的电极反应式是LiFePO4-e-=Li+FePO4【答案】D24聚合物锂离子电池是以Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。如图为一种聚合物锂离子电池示意图，其工作原理为LiNiO2+6CLi1-xNiO2+LixC6，下列说法错误的是 A 该电池充电可能引起电池正极发生金属锂沉积B 充电时当外电路通过1mole-时理论上由2molLi0.9C6转化为Li0.4C6C 电池放电时电解质的微粒Li+由负极向正极移动D 电池放电时正极的电极反应式为Li1-xNiO2+xLi+xe-=LiNiO2【答案】A【解析】A项，充电时的阳极为放电时的正极，充电时反应为LiNiO2+6C=Li1-xNiO2+LixC6，阳极反应式为LiNiO2-xe-= Li1-xNiO2+xLi+，正极没有Li沉积，错误；B项，电极反应Li0.9C6-0.5e-=Li0.4C6+0.5Li+，电路中通过1mol电子时有2molLi0.9C发生反应，正确；C项，放电时为原电池原理，Li+由负极向正极移动，正确；D项，放电时反应为Li1-xNiO2+LixC6=LiNiO2+6C，正极电极反应式为Li1-xNiO2+xLi+xe-=LiNiO2，正确；答案选A。25有“锂”走遍天下。氧化锂(Li2O)是锂电池工业的重要原料，以粗碳酸锂为原料制备氧化锂的一种工艺流程如下： 注：常温下，碳酸锂微溶于水，氢氧化锂可溶于水。（1）反应中通入CO2需加压的原因是_。（2）反应生成LiOH的化学方程式为_。 （3）浓缩、结晶所得LiOHH2O通过灼烧得到Li2O。LiOHH2O中常含有少量的Li2CO 3，但该物质对所制Li2O的纯度无影响，其原因是_。（4）锂离子电池大量应用在手机、笔记本电脑和家用小电器上。标记为Li-ion的锂离子电池的电池反应可表示为：Li + 2Li0.35NiO22Li0.85NiO2。放电时，负极的电极反应式为_。充电时，能量转化形式主要是_。锂离子电池使用非水溶液做离子导体的原因是_（用离子方程式表示）。安全使用锂离子电池的措施有_。【答案】 促进Li2CO3的转化、加快Li2CO3反应的速率 LiHCO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + LiOH + H2O Li2CO3高温分解生成Li2O Lie-=Li+ 电能化学能 2Li + 2H2O = 2Li+ + 2OH+ H2 避免过充、过放、短路及热冲击或使用保护元件等（答一条即可）26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)2Fe、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，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他产物均以气体逸出。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。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）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为_。（3）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】（1）以免磷酸亚铁锂被氧化（2）Fe-2e-+Li+H2PO4-LiFePO4+2H+ （3）FePO4+e-+Li+LiFePO427锂空气电池能够提供相当于普通锂离子电池l0倍的能量，因此它是最有前途的电池技术。下图是锂空气电池放电和充电时的工作示意图。 （1）图I中电极a是 极。（2）用锂一空气电池电解100mL 0.5mol/L CuSO4溶液，当电池中消耗1.4g Li时，在阴极会析出 g铜。（3）电池中间的固体电解质（含阳离子交换膜）能阻止H2O、N2、O2等物质的通过，防止Li和这些物质反应。Li和水在常温下发生反应的化学方程式为 。（4）当给图中的锂空气电池充电时，d极应接电源的 极，该电极的电极反应式为 。【答案】（1） 负（1分）（2） 3.2 g （1分）（3） 2Li+2H2O=2LiOH+H2 （2分）（4）正 (1分)、4OH-4e-=2H2O+O2 (2分)28锂电池应用很广，某种锂离子电池，其正极材料可再生利用。其正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi+xe-=LixC6，现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。 回答下列问题：（1）写出“正极碱浸”中发生反应的化学方程式_；（2）“酸浸”一般在80下进行，写出该步骤中发生的主要氧化还原反应的化学方程式_；如果可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合溶液，可能发生反应的离子方程式_；（3）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_；（4）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出充电时正极的电极反应_；（5）在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有_(填化学式)；（6）最近美国和韩国的科学家合作研究出新型锂空气电池，他们的锂空气电池在放电过程中产生稳定的晶状超氧化锂(LiO2)，超氧化锂可以很容易地分解成锂和氧，从而具有更高的效率和更长的循环寿命。请写出该电池正极的电极反应 _。【答案】（1）2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 （2）2LiCoO2+3H2SO4+H2O2 = Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O 2CoO22+2Cl- +8H+ =2Co2+Cl2+4H2O（3）CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3 + (NH4)2SO4 +CO2+ H2O （4）LiCoO2-xe- = Li1-xCoO2 + xLi+（5）Al(OH)3、Li2SO4、CoCO3(或CoSO4)；（6） O2 + e- + Li+ = LiO2
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