高考化学热点——新型锂电池的解读
发布于 2021-10-18 12:56
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新型锂电池的解读
锂离子电池作为新型化学电源由于其比能量高、便携储存一直是世界各国电池企业研究的热点,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(题干背景多有介绍),题目有一定难度,如何判断电极材料 特征及书写电极反应方程式一直困扰着广大高中生们。现就锂离子电池的电极材料及方程式的书写方法予以总结:
电极材料的判断:
负极:
①锂以单质形式:Li
②锂以原子形式镶嵌其中:LiAl、LiMnO2 、LiC6、LiCoO2等
正极:
①为其他不含 Li 的材料:S、FeS 等
②为含有锂的物质时(LiMn2O4、Li0.35NiO2等), 此时正极的锂我们有两种分析方法,一是把正极的 Li 也看做是镶嵌于物质中,Li 还是单质;二是把它看成是以 +1 价的形式形成化合物。
电极方程式的书写:
负极:锂离子电池负极均为锂单质的放电
正极:当正极为其他不含 Li 的材料(S、FeS 等)时,一般为这些物质得电子,然后和负极产生的 Li+结合生成新的 物质:S+2e-+2Li+=Li2S FeS+2e-+2Li+=Li2S+Fe
当正极为含有锂的物质时(LiMn2O4、Li0.35NiO2等):
01
第一种方法:把正极的 Li 也看做是镶嵌于物质中,Li 还是单质,此时负极产生的 Li+在正极得到电子与正极材料结 合生成新的 Li 的嵌合物:LiMn2O4+xLi++xe-=Li1+xMn2O4 2Li0.35NiO2+Li++e-=2Li0.85NiO2
02
第二种方法:正极的 Li 看成是以+1 价的形式形成化合物,此时正极材料的其他物质得到电子化合价降低,与负极产 生的 Li 结合生成新的化合物:LiMn2O4+xe-+xLi+=Li1+xMn2O4 2Li0.35NiO2+e-+Li+=2Li0.85NiO2
01
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 0.01 mol 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-=LiO2 Li++LiO2+e-=Li2O2
D. 电池充电时间越长,电池中 Li2O2越多
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图所示。下列说法正确的是
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
02
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。下列说法正确的是
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 1 mol e-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 64 g,理论上将消耗 11.2 L O2
D. 放电时,负极反应式:Li-e-+OH-=LiOH
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 2 mol 电子,消耗氧气 11.2 L
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
练习题: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。其工作示意图如图,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- Li 单 质 形 式Li 以 原 子 形 式 嵌入
03
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。下列说法错误的是
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
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
04
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
练习题.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,此时硫酸铅电极处生成 Pb。下列有关说法正确的是 A.输出电能时,外电路中的电子由硫酸铅电极流向钙电极
B.放电时电解质 LiCl-KCl 中的 Li+向钙电极区迁移
C.电池总反应为 Ca+PbSO4+2LiCl Pb+Li2SO4+CaCl2
D.每转移 0.2 mol 电子,理论上消耗 42.5 g LiCl
练习题.(广东省惠州市 2019 届高三 4 月模拟考试)一种特殊的热激活电池示意图 如下。该电池总反应为:PbSO4(s)+2LiCl+Ca(s)= CaCl2(s)+ Li2SO4+Pb(s) , 下列说法不.正.确.的是
A.Ca 电极发生氧化反应
B.负极的电极反应:Ca(s)+2Cl﹣﹣2e﹣= CaCl2(s)
C.可用 LiCl 和 KCl 水溶液代替无水 LiCl﹣KCl
D.当无水 LiCl﹣KCl 混合物受热熔融后电池才能工作
例 8(2018 届辽宁省重点高中协作校高三第三次模拟考试)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 P2VP·nI2+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+P2VP·nI2=P2VP·(n-1)I2+2LiI
C. 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
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