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：

2Li0.85NiO2 Li+2Li0.35NiO2充电放电

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，Li0.85NiO2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：

C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+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CO2气体22.4L 6

【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】

①原电池反应（反应原理、电极方程式的书写、离子的移动方向）；

②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：Ⅰ.2Li+H22LIH

Ⅱ.LiH+H2O==LiOH+H2↑

①反应Ⅰ中的还原剂是 ，反应Ⅱ中的氧化剂是 。

②已知LiH固体密度为0.82g/cm。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 。

③由②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。

3

③32

【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/

-3-3-3-4ρ=20×7.9/0.82 ×10L=192.68×10L。V(LiH)/v(H2)= 192.68×10L/224L=8.71×10。

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)2 Fe］、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

。

（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）CO2 H2O

 NH3 （每空1分，共3分） （3）Fe+H2PO4+Li+2e＝LiFePO4+2H+ （3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：CO2 、H2O 和NH3 。（3）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。阳极生成磷

酸亚铁锂的电极反应式为Fe+H2PO4+Li+2e＝LiFePO4+2H+ (4) M具有酯基，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；

(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。放电电池反应为：FePO4+LiLiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含U充电导电固体为电解质。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+

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TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：

hTiO2/STiO2/S（激发态）

TiO2/STiO2/S++e-

I3+2e3I —

2TiO2/S3I2TiO2/S+I3

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，I离子在镀铂导

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，化学物质并没还原 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：有减少；

3I-的转化（还有I2+I-I3-氧化I3-），另一部分就是光敏有机物从激发态与基态的相互转化而已，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：2Li++FeS+2eLi2Fe

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+ Lis+Fe-2e2LiFeS D、充电时，阴极发生的电极反应式为：2

10、（12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．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

B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境

C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同

D．以稀H2SO4、KOH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：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O放电

充电3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH.

①该电池放电时负极反应式为________________．

②放电时每转移3 mol电子，正极有________ mol

K2FeO4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放电占据主导地位．电池反应式为：Li1－xMnO4＋Lix充电LiMnO4，下列有关说法不正确的是________． ．＋A．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

C．该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作

D．充电时电池上标有“－”的电极应与外接电源的负极相连

解析：(1)选项A，电解获得H2消耗较多的能量，而在催化剂作用下利用太阳能来分解H2O获得H2更为科学．选项B，氢氧燃料电池中生成物为H2O，对环境无污染．选项C，

－＋以稀H2SO4为介质的电池负极反应式为：H2－2e===2H，以KOH为介质的电池负极反

－－应式为H2＋2OH－2e===2H2O..选项D，氢氧燃料电池的总反应式均为：2H2＋

O2===2H2O.

－－(2)①放电时，在碱性条件下，负极反应式为：Zn－2e＋2OH===Zn(OH)2.

②根据电池总反应式可知，2 mol K2FeO4被还原时有6 mol电子转移，所以放电时每转移3 mol电子，有1 mol K2FeO4被还原．

－＋(3)选项A，根据总反应式可知Li失去电子，电池负极反应式为：xLi－xe===xLi，

＋－由总反应式减去负极反应式可得放电时的正极反应式为Li1－xMnO4＋xLi＋xe===LiMnO4.

选项B，根据总反应式可判断石墨没有得失电子．选项C，Li能与KOH溶液中的H2O反应，导致电池无法正常工作．选项D，充电过程是放电的逆向过程，外界电源的负极提供的电子使原电池负极获得电子发生还原反应，所以标有“－”的电极应与外接电源的负极相连．

－－答案：(1)C (2)①Zn－2e＋2OH===Zn(OH)2 ②1 (3)C

11．(12分)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，其中甲、乙两烧杯中各

－物质的物质的量浓度均为1 mol·L1，盐桥中装有饱和K2SO4溶液．回答下列问题：

(1)发生氧化反应的烧杯是________(填“甲”或“乙”)．

(2)外电路的电流方向为：从________到________．(填“a”或“b”)

－(3)电池工作时，盐桥中的SO24移向________(填“甲”或“乙”)烧杯．

(4)甲烧杯中发生的电极反应为_______________________________________________． 解析：根据氧化还原反应可知：甲烧杯中石墨作正极，发生还原反应，电极反应为：

＋－＋MnO4＋8H＋5e===Mn2＋4H2O；乙烧杯中石墨作负极，发生氧化反应，电极反应为Fe2＋－＋－e===Fe3，外电路电流方向从正极流向负极，即从a到b.电池工作时，盐桥中的阴离

子移向负极，阳离子移向正极，即SO24移向乙烧杯．

答案：(1)乙 (2)a b (3)乙

－＋－＋(4)MnO4＋8H＋5e===Mn2＋4H2O4．(2010·安徽高考)某固体酸燃料电池以CsHSO4

固体

＋为电解质传递H，其基本结构如图，电池总反应可表

示为：2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是( )

A．电子通过外电路从b极流向a极

－－B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e===4OH

C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2

＋D．H由a极通过固体酸电解质传递到b极

－＋解析：该原电池的化学原理是H2被氧化，在负极(a极)发生反应：H2－2e===2H，H

＋＋由a极转移到b极，D项正确；O2发生还原反应，在正极(b极)发生反应：O2＋4H＋4e－===2H2O，则电子从a极流向b极，A、B两项不正确；C项因未指明气体所处的温度和压强，不正确．

答案：D

12．(2011·汕头模拟)镁及其化合物一般无毒(或低毒)、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．其中一种镁原电池的反应为xMg＋Mo3S4

＋放电充电MgxMo3S4；在镁原电池放电时，下列说法错误的是( ) A．Mg2向负极迁移

－x－B．正极反应为：Mo3S4＋2xe===Mo3S24

C．Mo3S4发生氧化反应

－＋D．负极反应为：xMg－2xe===xMg2

－－2x－解析：正极反应为Mo3S4＋2xe===Mo3S4，发生还原反应，负极反应为xMg－2xe

＋＋===xMg2，负极产生的Mg2移向正极参加反应，AC选项错误．

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4兆瓦，是历届世博会之最．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

B．光伏电池是将化学能转变为电能

C．电流从b流向a

D．图中N型半导体为正极，P型半导体为负极

解析：根据图示，光伏电池是将太阳能直接转

变为电能的装置，A正确，B错误．外电路中，电流

从b流向a，C正确．由于电流从P型半导体流出，因而P型半导体为正极，D错误．

答案：AC

14．(2011·海淀高三期末)高功率Ni/MH(M表示储氢合金)电池已经用于混合动力汽车．总反应方程式如下：Ni(OH)2＋M充电

放电NiOOH＋MH，下列叙述正确的是( )

A．放电时正极附近溶液的碱性增强

－－B．放电时负极反应为：M＋H2O＋e===MH＋OH

－－C．充电时阳极反应为：NiOOH＋H2O＋e===Ni(OH)2＋OH

D．放电时每转移1 mol电子，正极有1 mol NiOOH被还原

－－－解析：放电时正极反应为NiOOH＋H2O＋e===Ni(OH)2＋OH，正极附近c(OH)增

－－大，溶液碱性增强，A对；放电时负极反应为MH＋OH－e===M＋H2O，B错；充电时

阳极反应为Ni(OH)2＋OH－e===NiOOH＋H2O，C错；放电时正极发生还原反应，放电时每转移1 mol电子，正极上有1 mol NiOOH被还原，D正确．

答案：AD

15、(2011福建，11)研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是（ ） ．．．

A．水既是氧化剂又是溶剂

B．放电时正极上有氢气生成

－ C．放电时OH向正极移动

D．总反应为：2Li＋2H2O=== 2LiOH＋H2↑

【解析】答案：C

－考生可能迅速选出C项是错误，因为原电池放电时OH是向负极移动的。这个考点在备考

时训练多次。这种电池名称叫锂水电池。可推测其总反应为：

2Li＋2H2O=== 2LiOH＋H2↑。再写出其电极反应如下：

—（—）2Li—2e＝2Li+

——（+）2H2O+2e＝2OH＋H2↑

结合选项分析A、B、D都是正确的。

此题情景是取材于新的化学电源，知识落脚点是基础，对原电池原理掌握的学生来说是比较容易的。

16.（2011安徽理综12）研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：

电池在海水中放电时的有关说法5MnCl1=aMnO+2AgCl2O+2Ag+22Na50N下列“水”

正确的是：

A.正极反应式：Ag+Cl-e=AgCl

B.每生成1 molNa2Mn5O10转移2 mol电子

C.Na+不断向“水”电池的负极移动

D.AgCl是还原产物

【答案】D

【解析】本题综合考查原电池和氧化还原反应的相关知识。

正极反应该得电子，因此A错；原电池中电解质溶液中的阳离子应该向正极移动，C错；Ag是反应的还原剂，因此AgCl是氧化产物，D错。

－－