高考化学考点剖析 考点42 锂电池解析版Word文档格式.docx
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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Ⅲ)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(2≤x≤8)。
下列说法错误的是
A.电池工作时,正极可发生反应:
2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g
C.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
【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++C6
C.充电时,若转移1mole-,石墨C6电极将增重7xg
D.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1mol电子,则石墨电极上溶解1/xmolC6,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:
⑴锂以单质的形式:
Li
⑵锂以原子形式镶嵌其中:
LiAl、LiMnO2、LiC6、LiCo2等。
正极:
⑴为其他不含锂的材料:
S、Fe等。
⑵为含有锂的物质(LiMn2O4、Li0.35NiO2等)。
2、解题方法:
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:
锂单质放电
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+=Li2S
FeS+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-xMn2O4
2Li0.35NiO2+e-+Li+=2Li0.85NiO2
1、无水锂电池
典例1(2018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:
2Li+O2=Li2O2。
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0.01mol电子,负极材料减重0.07g
C.电池工作时,正极反应可能经过两个过程:
Li++O2+e-=LiO2Li++LiO2+e-=Li2O2
D.电池充电时间越长,电池中Li2O2越多
【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-=Li+,外电路中流过0.01mol电子,即有1molLi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++O2+e-=LiO2Li++LiO2+e-=Li2O2,C正确;
D、充电时的反应为:
Li2O2=2Li+O2,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。
A.该电池放电时,锂电极发生了还原反应
B.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Li2O2-2e-=2Li++O2
【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Li2O2-2e-=2Li++O2,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。
A.Li+穿过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1mole-转移时,水性电解液离子总数增加NA
C.应用该电池电镀铜,阴极质量增加64g,理论上将消耗11.2LO2
D.放电时,负极反应式:
Li-e-+OH-=LiOH
【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1molOH-,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,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11.2L,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:
Li-e-=Li+,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2mol电子,消耗氧气11.2L
C.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-=O2↑+2H2O
【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:
4OH--4e-=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(2≤x≤8)]分别作两个电极的反应物,固体Al2O3
陶瓷(可传导Li+)为电解质,其反应原理如图所示。
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b
C.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
【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0.2mol电子,阳极生成单质硫的质量为0.1x,由于2≤x≤8,质量为6.4-25.6g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++S8
D.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
【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
【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