專(zhuān)題12-鋰離子電池的化學(xué)原理

第(第(12)期班級(jí)學(xué)號(hào) 姓名課題：鋰離子電池的化學(xué)原理編寫(xiě)人:于紅校對(duì)人:丁素蓮日期：5.151.[2018全國(guó)卷Ⅲ，11]一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時(shí)，O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x（x=0或1）。下列說(shuō)法正確的是()A.放電時(shí)，多孔碳材料電極為負(fù)極B.放電時(shí)，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C.充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移D.充電時(shí)，電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2-x=2Li+(1－0.5x)O22.[2018浙江卷，17]鋰(Li)—空氣電池的工作原理如圖所示下列說(shuō)法不正確的是()有機(jī)電解質(zhì)固體電解質(zhì)膜有機(jī)電解質(zhì)固體電解質(zhì)膜電解質(zhì)水溶液空氣LiB.Li+通過(guò)有機(jī)電解質(zhì)向水溶液處移動(dòng)C.正極的電極反應(yīng)：O2+4e-=2O2-D.電池總反應(yīng)：4Li+O2+2H2O=4LiOH3.[2017全國(guó)III.11]全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應(yīng)為16Li＋xS88Li2Sx(2≤x≤8)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．電池工作時(shí)，正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li2S6＋2Li＋＋2e－3Li2S4B．電池工作時(shí)，外電路中流過(guò)0.02mol電子，負(fù)極材料減重0.14gC．石墨烯的作用主要是提高電極a的導(dǎo)電性D．電池充電時(shí)間越長(zhǎng)，電池中Li2S2的量越多4.[2016四川.9]某電動(dòng)汽車(chē)配載一種可充放電的鋰離子電池。放電時(shí)電池的總反應(yīng)為：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6(x<1)。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法不正確的是()A．放電時(shí)，Li+在電解質(zhì)中由負(fù)極向正極遷移B．放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6－xe-=xLi++C6C．充電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1mole-，石墨C6電極將增重7xgD．充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCoO2－xe-=Li1-xCoO2+xLi+5.[2014·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ，12]2013年3月我國(guó)科學(xué)家報(bào)道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．a(chǎn)為電池的正極B．電池充電反應(yīng)為L(zhǎng)iMn2O4Li1－xMn2O4＋xLiC．放電時(shí)，a極鋰的化合價(jià)發(fā)生變化D．放電時(shí)，溶液中Li＋從b向a遷移6.[2014·天津理綜，6]已知：鋰離子電池的總反應(yīng)為L(zhǎng)ixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2鋰硫電池的總反應(yīng)為2Li＋SLi2S有關(guān)上述兩種電池說(shuō)法正確的是()A．鋰離子電池放電時(shí)，Li＋向負(fù)極遷移B．鋰硫電池充電時(shí)，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)C．理論上兩種電池的比能量相同D．下圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電7.[2013·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ，11]“ZEBRA”蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導(dǎo)體制作的陶瓷管相隔。下列關(guān)于該電池的敘述錯(cuò)誤的是()A．電池反應(yīng)中有NaCl生成B．電池的總反應(yīng)是金屬鈉還原三價(jià)鋁離子C．正極反應(yīng)為NiCl2＋2e－Ni＋2Cl－D．鈉離子通過(guò)鈉離子導(dǎo)體在兩電極間移動(dòng)8.[2013·安徽理綜，10]熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無(wú)水LiCl－KCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋CaCaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．正極反應(yīng)式：Ca＋2Cl－－2e－=CaCl2B．放電過(guò)程中，Li＋向負(fù)極移動(dòng)C．每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，理論上生成20.7gPbD．常溫時(shí)，在正負(fù)極間接上電流表或檢流計(jì)，指針不偏轉(zhuǎn)9.[2014海南.16]鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4。溶于混合有機(jī)溶劑中，Li+通過(guò)電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列問(wèn)題：（1）外電路的電流方向是由_________極流向_________極。（填字母）（2）電池正極反應(yīng)式為_(kāi)________。（3）是否可用水代替電池中的混合有機(jī)溶劑？_________（填“是”或“否”），原因是_________。10.[2013課標(biāo)全國(guó)Ⅰ,27]鋰離子電池的應(yīng)用很廣,其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2)、導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時(shí),該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi++xe-=LixC6?，F(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源(部分條件未給出)?；卮鹣铝袉?wèn)題:(5)充放電過(guò)程中,發(fā)生LiCoO2與Li1-xCoO2之間的轉(zhuǎn)化,寫(xiě)出放電時(shí)電池反應(yīng)方程式。

(6)上述工藝中,“放電處理”有利于鋰在正極的回收,其原因是。在整個(gè)回收工藝中,可回收到的金屬化合物有(填化學(xué)式)。

1.【答案】D【解析】A由題意知，放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)i－e－Li＋，正極反應(yīng)為(2－x)O2＋4Li＋＋4e－2Li2O2－x(x＝0或1)，電池總反應(yīng)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(x,2)))O2＋2LiLi2O2－x。該電池放電時(shí)，金屬鋰為負(fù)極，多孔碳材料為正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B該電池放電時(shí)，外電路電子由鋰電極流向多孔碳材料電極，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C該電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中的Li＋向多孔碳材料區(qū)遷移，充電時(shí)電解質(zhì)溶液中的Li＋向鋰材料區(qū)遷移，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D充電時(shí)電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2－x2Li＋(1－eq\f(x,2))O2，D項(xiàng)正確。2.【答案】C【解析】A金屬鋰失電子作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A項(xiàng)正確；B在原電池內(nèi)電路中，陽(yáng)離子向正極運(yùn)動(dòng)，B項(xiàng)正確。C正極浸在電解質(zhì)水溶液中，故正極反應(yīng)為：O2+4e—+2H2O=4OH—C項(xiàng)錯(cuò)誤；D電池總反應(yīng)4Li+O2+2H2O=4LiOH，D項(xiàng)正確。3.【答案】D【解析】A原電池工作時(shí)，正極發(fā)生一系列得電子的還原反應(yīng)，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－=3Li2S4，A項(xiàng)正確；B該電池工作時(shí)，每轉(zhuǎn)移0.02mol電子，負(fù)極有0.02molLi(質(zhì)量為0.14g)被氧化為L(zhǎng)i＋，則負(fù)極質(zhì)量減少0.14g，B項(xiàng)正確；C石墨烯能導(dǎo)電，利用石墨烯作電極，可提高電極a的導(dǎo)電性，C項(xiàng)正確；D充電過(guò)程中，Li2S2的量逐漸減少，當(dāng)電池充滿電時(shí)，相當(dāng)于達(dá)到平衡狀態(tài)，電池中Li2S2的量趨于不變，故不是電池充電時(shí)間越長(zhǎng)，電池中Li2S2的量越多，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.【答案】C【解析】A該電池放電時(shí)是原電池，帶正電荷的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，A項(xiàng)正確；B放電時(shí)負(fù)極失去電子，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6－xe－=xLi＋＋C6，B正確；C充電時(shí)是電解池，陰極石墨(C6)發(fā)生還原反應(yīng)：xLi＋＋C6＋xe－=LixC6，若轉(zhuǎn)移1mol電子，則石墨C6電極增重7g，陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋，C項(xiàng)錯(cuò)誤;D放電時(shí)，正極Li1-xCoO2極中Co得電子，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，所以充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)式與之相反，D項(xiàng)正確。5.【答案】C【解析】A圖示所給出的是原電池裝置。由圖示分析，金屬鋰易失電子，由原電池原理可知，含有鋰的一端為原電池的負(fù)極，即b為負(fù)極，a為正極，A項(xiàng)正確；B電池充電時(shí)為電解池，反應(yīng)式為原電池反應(yīng)的逆反應(yīng)，B項(xiàng)正確；C放電時(shí)，a極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)的是Mn元素，鋰元素的化合價(jià)沒(méi)有變化，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D放電時(shí)為原電池，Li＋為陽(yáng)離子，應(yīng)向正極(a極)遷移，D項(xiàng)正確。6.【答案】B【解析】A鋰離子電池放電時(shí)，為原電池，陽(yáng)離子Li＋移向正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B鋰硫電池充電時(shí)，為電解池，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)生成Li，B項(xiàng)正確；C電池的比能量是指參與電極反應(yīng)的單位質(zhì)量的電極材料放出電能的多少，兩種電池材料不同，顯然其比能量不同，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D由圖可知，鋰離子電池的電極材料為C和LiCoO2，應(yīng)為該電池放電完全所得產(chǎn)物，而鋰硫電池的電極材料為L(zhǎng)i和S，應(yīng)為該電池充電完全所得產(chǎn)物，故此時(shí)應(yīng)為鋰硫電池給鋰離子電池充電的過(guò)程，D項(xiàng)錯(cuò)誤。7.【答案】B【解析】A結(jié)合蓄電池裝置圖，利用原電池原理分析相關(guān)問(wèn)題。負(fù)極反應(yīng)為Na－e－=Na＋，正極反應(yīng)為NiCl2＋2e－=Ni＋2Cl－，故電池反應(yīng)中有NaCl生成,A項(xiàng)正確；B電池的總反應(yīng)是金屬鈉還原二價(jià)鎳離子；B項(xiàng)錯(cuò)誤；C正極上NiCl2發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為NiCl2＋2e－=Ni＋2Cl－，C項(xiàng)正確；D鈉在負(fù)極失電子，被氧化生成Na＋，Na＋通過(guò)鈉離子導(dǎo)體在兩電極間移動(dòng)，D項(xiàng)正確。8.【答案】D【解析】A正極應(yīng)得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B放電時(shí)為原電池，陽(yáng)離子移向正極，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，根據(jù)電子守恒，應(yīng)生成0.05molPb，質(zhì)量為10.35g，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D常溫下，電解質(zhì)不能熔融形成自由移動(dòng)的離子，所以不能導(dǎo)電，故指針不偏轉(zhuǎn)，D項(xiàng)正確。9.【答案】（1）b；a（2）MnO2＋e-＋Li+=LiMnO2（3）否；Li能與水反應(yīng)【解析】（1）在電池中，陽(yáng)離子移向正極。根據(jù)題目和圖示分析，鋰離子移向MnO2晶格中，即b為正極，另一極a為負(fù)極；外電路電流方向?yàn)檎龢Ob流向負(fù)極a。（2）正極發(fā)生還原反應(yīng)，MnO2方中Mn得電子，電極反應(yīng)式為MnO2＋e＋Li+=LiMnO2。（3）金屬鋰較活潑，能與水直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響電池的電子轉(zhuǎn)移，所以不能用水來(lái)代替混合有機(jī)溶劑。10.【答案】(5)Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C(6)Li+從負(fù)極中脫出,經(jīng)由電解質(zhì)向正極移動(dòng)并進(jìn)入正極材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4【解析】(5)正極發(fā)生得電子