锂离子电池 习题汇总.doc

高考必考题锂离子电池习题汇总
材料: 锂离子电池实际上是一种锂离子浓差二次电池（充电电池），正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。 它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态,正极处于贫锂态；放电时则相反,Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态
在充放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。因此，从充放电反应的可逆性看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。 目前，用作锂离子电池的正极材料是过渡金属和锰的离子嵌入化合物，负极材料是锂离子嵌入碳化合物，常用的碳材料有石油焦和石墨等。国内外已商品化的锂电池正极是LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O2，负极是层状石墨
锂离子电池：锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池，而真正的锂电池由于危险性大，很少应用于日常电子产品
1、某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应为：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。下列说法正确的是（ ）
A．放电时，LiMn2O4发生氧化反应 B．放电时，正极反应为：Li++LiMn2O4+e-=Li2Mn2O4
C．充电时，LiMn2O4发生氧化反应$ Z! W; O8 B4 R2 V, U D．充电时，阳极反应为：Li++e-=Li
2、（2014天津6）已知：锂离子电池的总反应为：LixC+Li(1-x)CoO2=C+LiCoO2 锂硫电池的总反应为：2Li+S=Li2S 有关上述两种电池说法正确的是 ( )
A．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
3、天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钻（LiCoO2），充电时LiCoO2中Li被氧化，Li+迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳（C6）中， 以LiC6表示。电池反应为，下列说法正确的是（ ）
A．充电时，电池的负极反应为LiC6-e-Li+C6
B．放电时，电池的正极反应为CoO2+Li++e-LiCoO27 Q0 X: b& g4 Y
C．羧酸、醇等含活泼氢气的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低
4、（双选）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+xLiC6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)
正极反应：Li1-xMO2+xLi++xe-==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C6Li+Li1-x==MO2LiMO2+C6Li1-x
B．电池反应中，锂、锌、银、铅各失去1 mol电子，金属锂所消耗的质量最小
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C6Li1-x+xLi++xe-=C6Li
5、某种聚合物锂离子电池放电时的反应为Lil－xCoO2+LixC6=6C+LiCoO2，其电池如图所示。下列说法不正确的是 （ ）
A．放电时，LixC6发生氧化反应
B．充电时，Li＋通过阳离子交换膜从左向右移动
C．充电时，将电池的负极与外接电源的负极相连
D．放电时，电池的正极反应为Lil－xCoO2+xLi＋+ xe－=LiCoO2
6、锂离子电池因其工作电压高（3.6V）、无污染等优点倍受市场青睐。 最常见的一种锂离子电池 工作原理是：C6＋LiCoO2 Li1—xCoO2 +LixC6下列有关这种锂离子电池的说法错误的是
A．电池内部运载电荷的是Li+ B．负极材料是填充了金属锂的石墨（LixC6）
C．锂离子电池电解质溶液是Li+盐的水溶液
D．放电时的正极反应为Li1—xCoO2 + x Li+ + xe— = LiCoO2
7、（2014全国新课标2）2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是（ ）
A．a为电池的正极
B．电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中的Li+从b向a迁移

8、（双选）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＋Li 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
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-═Li2S+Fe 有关该电池的下列叙述中正确的是（　　）
A．该电池的电池反应式为：2Li+FeS═Li2S+Fe
B．Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价
C．负极的电极反应式为Al-3e-═Al3+
D．Li-Al/FeS电池是一种一次性电池
10、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↑
11、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［(CH3-COO)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移动的介质，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______________________
12、（2014海南卷16）锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiCIO4。溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：
（1）外电路的电流方向是由_____极流向_____极。（填字母）
（2）电池正极反应式为________________________________
（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？____（填“是”或“否”），原因是____________
（4）MnO2可与KOH和KClO3，在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为
__________________________________________
K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为________
13、（2013年课标卷Ⅰ）锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（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）LiCoO2中，Co元素的化合价为 _______
（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式 _________________________________-
（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 _____________________________________________________；
可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是 ______________________。
（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_______________________。
（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式 ___________。
（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是 ________________。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有 _____________（填化学式）。
14、废旧锂离子电池的正极材料（主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等）可用于回收钴、锂，工艺流程如下：

（1）在上述溶解过程中，S2O32-被氧化成SO42-，LiCoO2在溶解过程中发生反应的化学方程式为__________________________________8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4Li2SO4+8CoSO4+Na2SO4+1lH2O
，还原产物是_______________
CoSO4
（2）在上述除杂过程中，通入空气的作用是_________________
将Fe2+氧化成Fe3+
废渣的主要成分是__________________________________________________
A1（OH）3和Fe（OH）3
（3）“沉淀钴”和“沉淀锂”的离子方程式分别为_________________________________
Co2++2OH-=Co（OH）2↓
（4）除了废渣可以回收利用外，本工艺还可回收的副产品是______________________
15、Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。
（1）该电池的负极材料是________。电池工作时，电子流向_______（填“正极”或 “负极”）。
（2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是
_______________。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的_______________（填代号）
a．NaOH b．Zn c．Fe d．NH3·H2O
（3）MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阳极的电极反应式是__________________。若电解电路中通过2 mol电子，MnO2的理论产量为________g

16． [2014·北京卷] 用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1 mol/L FeCl2溶液，研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压值)：

序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
Ⅰ
x≥a
电极附近出现黄色，有气泡产生
有Fe3＋、有Cl2
Ⅱ
a＞x≥b
电极附近出现黄色，无气泡产生
有Fe3＋、无Cl2
Ⅲ
b＞x＞0
无明显变化
无Fe3＋、无Cl2
(1)用KSCN溶液检验出Fe3＋的现象是________。
(2)Ⅰ中，Fe3＋产生的原因还可能是Cl－在阳极放电，生成的Cl2将Fe2＋氧化。写出有关反应的离子方程式：________________________________________________。
(3)由Ⅱ推测，Fe3＋产生的原因还可能是Fe2＋在阳极放电。原因是Fe2＋具有________性。
(4)Ⅱ中虽未检验出Cl2，但Cl－在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH＝1的NaCl溶液做对照实验，记录如下：

序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
Ⅳ
a＞x≥c
无明显变化
有Cl2
Ⅴ
c＞x≥b
无明显变化
无Cl2
①NaCl溶液的浓度是________mol/L。
②Ⅳ中检验Cl2的实验方法：_____
③与Ⅱ对比，得出的结论(写出两点)_________________________________。

参考答案：
1、试题分析：本题主要考查原电池及电解池的工作原理。所给电池放电时金属锂失电子发生氧化反应，A不正确，正极反应：Li++LiMn2O4+e-====Li2Mn2O4，B正确，充电时，阳极发生氧化反应，LiMn2O4应为还原产物，显然C不正确，又由充电时Li2Mn2O4为反应物，故D不正确，故本题答案为B
2、B
3、试题分析：原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。充电相当于是电解池，放电相当于是原电池。充电时，电池的负极和电源的负极相连，做阴极得到电子，电极反应式应该是Li＋+C6＋e-＝LiC6，A不正确；放电时，正极得到电子，B正确；Li是活泼的金属，能和羧酸、醇发生置换反应生成氢气，所以不能用羧酸、醇等含活泼氢气的有机物作锂离子电池的电解质，C不正确；Li的相对原子质量小，锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）高，D不正确，答案选B。
4、试题分析：由题目所给的放电时的电极反应知电池反应为C6Li+Li1-xMO2====LiMO2+C6Li1-x，充电反应为放电反应的逆反应，A不正确；比较这些金属失去1 mol电子时所对应质量知B选项正确；在电池放电时电池内部的阴离子向电源负极移动，C不正确；在锂电池充电时阴极发生还原反应生成锂的单质，结合其存在形式知D正确，所以答案选BD。
5、B 6、 C 7、C 8、 CD 9、A 10、 C
11、（1）为了防止亚铁化合物被氧化（2）CO2；H2O；NH3（3）Fe+H2PO4-+Li+-2e-==LiFePO4+2H+
（4）

（5）FePO4+Li++e-==LiFePO4
12、(1) b a (2) MnO2+e-+Li+=LiMnO2; (3) 否 电极Li是活泼金属，能与水反应；
（4）3MnO2+KClO3+6KOH=3K2MnO4+KCl+3H2O; 2:1.
试题分析：(1)外电路的电流方向是由正极b流向负极a。（2）在电池正极b上发生的电极反应式为MnO2+e-+Li+=LiMnO2; (3)由于负极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。(4)根据题意结合原子守恒、电子守恒可得方程式：3MnO2+KClO3 +6KOH= 3K2MnO4+KCl+3H2O; K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2.根据化合价升降总数等于电子转移的数目可知：每转移2mol的电子，产生1mol的MnO2、2mol KMnO4。所以生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为2:1.
13、（1）+3 （2）2Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)- 4 + 3H2↑
（3）2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑+ 4H2O
2H2O22H2O + O2↑ ；有氯气生成，污染较大。
（4）CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3 ↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O
（5） Li1-xCoO2 + LixC6 = LiCoO2 + 6C
（6）Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
试题分析：（1）根据化合价代数和为0的原则，LiCoO2中Li为+1价，O为-2价，iCo元素的化合价为+3。（2）根据工艺流程和相关产物可知，锂离子电池正极材料中只有铝箔与氢氧化钠反应，发生反应的离子方程式2Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)- 4 + 3H2↑。
（3）根据“酸浸”的反应物和反应条件，发生的所有氧化还原反应的化学方程式为；2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑+ 4H2O，H2O2自身发生分解反应，2H2O22H2O + O2↑；LiCoO2具有较强的氧化性，用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，氯气生成，污染较大。
（4）根据“沉钴”过程中反应物和产物，发生反应的化学方程式CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3 ↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O。
（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，放电时负极发生的反应为LixC6-xe-=6C+xLi+，正极Li1-xCoO2 + xe- = LiCoO2 + xLi+，电池总反应方程式Li1-xCoO2 + LixC6 = LiCoO2 + 6C。
（6）进行放电处理时，Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中，有利于锂在正极的回收。根据整个工艺流程的化学反应原理，可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4三种
14、答案:（1）8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4Li2SO4+8CoSO4+Na2SO4+1lH2O CoSO4
（2）将Fe2+氧化成Fe3+ A1（OH）3和Fe（OH）3
（3）Co2++2OH-=Co（OH）2↓ 2Li++CO32-=Li2CO3↓ (4) Na2SO4
分析：（1）通过题给信息可知LiCoO2与Na2S2O3发生了氧化还原反应，反应为8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4LiSO4+8CoSO4+Na2SO4+11H2O，氧化剂对应的产物是还原产物；
（2）铝离子、亚铁离子和氢氧根离子反应分别生成氢氧化铝、氢氧化亚铁沉淀，氢氧化亚铁不稳定易被氧化生成氢氧化铁；
（3）氢氧化钠和钴离子反应生成氢氧化钴沉淀，碳酸钠和锂离子反应生成碳酸锂沉淀；
（4）根据溶液中的溶质判断．
解答：解：（1）正极材料主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等，加入稀H2SO4、Na2S2O3，S2O32-被氧化成SO42-，具有还原性，正极材料中只有LiCoO2具有氧化性，与反应Na2S2O3反应生成CoSO4，反应化学方程式为：8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4Li2SO4+8CoSO4+Na2SO4+11H2O，该反应中还原产物是 CoSO4，故答案为：8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4Li2SO4+8CoSO4+Na2SO4+11H2O，CoSO4；
（2）弱酸性条件下，铝离子和氢氧根离子反应生成氢氧化铝沉淀，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁沉淀，但氢氧化亚铁不稳定易被氧气氧化生成氢氧化铁沉淀，所以废渣的成分是氢氧化铝和氢氧化铁，
通入空气的作用是将亚铁离子氧化生成铁离子而除去，
故答案为：将Fe2+氧化成Fe3+；A1（OH）3和Fe（OH）3；
（3）根据流程图知，钴离子和氢氧根离子反应生成氢氧化钴沉淀，离子方程式为：Co2++2OH-=Co（OH）2↓，碳酸根离子和锂离子反应生成碳酸锂沉淀，离子方程式为：2Li++CO32-=Li2CO3↓，
故答案为：Co2++2OH-=Co（OH）2↓；2Li++CO32-=Li2CO3↓；
（4）稀硫酸和氢氧化钠、硫代硫酸钠反应都生成硫酸钠，且硫酸钠是可溶性的，所以溶液中存在硫酸钠，则还可以得到副产物Na2SO4，故答案为：Na2SO4
15、（1）Zn(或锌)；正极
（2）锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀；b
（2）Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；87
16．(1)溶液变红　(2)2Cl－－2e－===Cl2　Cl2＋2Fe2＋===2CL－＋2Fe3＋　3)还原　(4)①0.2　②取少量阳极附近的溶液，滴在淀粉KI试纸上，试纸变蓝　③通过控制电压，证实了产生Fe3＋的两种原因都成立；通过控制电压，验证了Fe2＋先于Cl－放电
[解析] (1)在电解池中，氯离子在阳极放电：2Cl－－2e－＝Cl2↑，生成的Cl2能够与溶液中的Fe2＋发生氧化还原反应：Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋。
(2)阳极产物没有氯气，二价铁离子具有还原性，也可能是二价铁离子失电子变为三价铁离子，体现了其还原性。
(3)①根据对照试验，则需要Cl－浓度等于原FeCl2溶液中Cl－的浓度：0.1 mol/L×2＝0.2 mol/L；②用湿润的淀粉碘化钾试纸来检验有无氯气，若试纸变蓝，说明有氯气生成；③与Ⅱ对比，电压较大时有Cl2产生，说明电压较大时Cl－放电；电压较小时没有Cl2产生，说明在电压较小的时候，Cl－没有放电，即Fe2＋放电变为Fe3＋，故放电顺序：Fe2＋＞Cl－。

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