2020年诺贝尔化学奖锂（离子）电池历年高考试题汇编.doc

1、1 高考化学锂（离子）电池试题汇编 1.（2018全国卷，11）一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O2 与 Li+在多孔碳材料电极处生 成 Li2O2-x（x=0 或 1）。下列说法正确的是 A. 放电时，多孔碳材料电极为负极 B. 放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C. 充电时，电解质溶液中 Li+向多孔碳材料区迁移 D. 充电时，电池总反应为 Li2O2-x=2Li+(10.5 x)O2 【答案】D 【解析】由题意知，放电时负极反应为 Lie =Li，正极反应为(2x)O 24Li 4e=2Li 2O2 1x x(x0 或 1)，电池总反应为 2 O22Li=Li2

2、O2x。该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A 项错误； 该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极，B 项错误；该电池放电时，电解质溶液中的 Li 向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的 Li 向锂材料区迁移，C 项错误；充电时电池总反应为 Li 2O2 x=2Li(1x)O2，D 项正确。 2 2.（2018 浙江卷，17）锂(Li)空气电池的工作原理如图所示下列说法不 正 确 的是 A.金属锂作负极，发生氧化反应 B.Li+通过有机电解质向水溶液处移动 C.正极的电极反应：O2+4e = 2O2 D.电池总反应：4Li+O2+2H2O=4LiOH 【答案】C 有机电解

3、质 Li 固体电解质膜 空气 电解质水溶液 【解析】金属锂失电子作负极，发生氧化反应，A 正确；在原电池内电路中，阳离子向正极运动，B 正 确 。正极浸在电解质水溶液中，故正极反应为：O2+4e+2H2O=4OH C错误；电池总反应 4Li+O2+2H2O=4LiOH ， D 正确。 3.（2017 全国 III.11）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 16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是( ) A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S62Li 2e=3Li 2S4 B电池工作时，外电路 中流过

4、0.02 mol 电子，负极材料减重 0.14 g 2 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 Li2S2 的量越多 【答案】D 【解析】原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2，其中可能有 2Li2S62Li 2e=3Li 2S4，A 项正确；该电池工作时，每转移 0.02 mol 电子，负极有 0.02 mol Li(质量 为 0.14 g)被氧化为 Li ，则负极质量减少 0.14 g，B 项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电 极 a 的导电性，C 项正确；充电过程中，Li2S2 的量逐渐减少，

5、当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电 池中 Li2S2 的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中 Li2S2 的量越多，D 项错误。 4（2016 四川.9）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(x1)。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+xLi+ 【答案】C 【解

6、析】 该电池放电时是原电池， 带正电荷的阳离子向正极移动， 放电时负极失去电子， 电极反应式为 LixC6 xe =xLiC 6，A、B 项正确；充电时是电解池，阴极石墨(C6)发生还原反应：xLi C 6xe =Li xC6， 若转移 1 mol 电子， 则石墨 C6 电极增重 7 g， 阳极失去电子发生氧化反应， 电极反应式为 LiCoO2xe =Li 1 xCoO2xLi ， C 项错误， D 项正确。 5（2014 海南.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 LiClO4。溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入 MnO2 晶格中，

7、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 。K2 MnO4 在酸性溶液中歧化，生成 KMnO4 和 MnO2 的物质的量之比为 。 【答案】（1）b；a （2）MnO2eLi+LiMnO2 （3）否；Li 能与水反应 3 （4）3MnO2KClO36KOH 高温 3K2MnO4KCl3H2O；2:1 6. (2014新课标全国卷，12)

8、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( ) Aa 为电池的正极 B电池充电反应为 LiMn2O4=Li1xMn2O4xLi C放电时，a 极锂的化合价发生变化 D放电时，溶液中 Li 从 b 向 a 迁移 【答案】C 【解析】图示所给出的是原电池装置。A 项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的 一端为原电池的负极，即 b 为负极，a 为正极，正确；B 项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的 逆反应，正确；C 项，放电时，a 极为原电池的正极，发生还原反应的是 Mn 元素，锂元素的化合价没有变 化，不正确；D 项，放电时

9、为原电池，Li 为阳离子，应向正极(a 极)迁移，正确。 7.(2014 天津理综，6)已 知：锂离子电池的总反应为 LixCLi1xCoO2CLiCoO2 锂硫电池的总反应为 2LiSLi2 S 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下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电 【答案】B 【解析】锂离子电池放电时，为原电池，阳离子 Li 移向正极，A 错误；锂硫电池充电时，为电解池，锂电 极发生还原反应生成 Li，B 正确；电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的多少， 两种电

10、池材料不同，显然其比能量不同，C 错误；由图可知，锂离子电池的电极材料为 C 和 LiCoO2，应为 该电池放电完全所得产物，而锂硫电池的电极材料为 Li 和 S，应为该电池充电完全所得产物，故此时应为 锂 硫电池给锂离子电池充电的过程，D 错误。 8.(2013 课标全国,27)(15 分)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)。 4 回答下列问题: (1) LiCoO2 中,C

11、o 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)。 【答案】(1)+3 (2)2Al+2OH-+6H2O 2Al(OH)4-+3H2 (3)2

12、LiCoO2+3H2SO4+H2O2 Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O,2H2O2 2H2O+O2 有氯气生成,污染较大 (4)CoSO4+2NH4HCO3 CoCO3+(NH4)2SO4+H2O+CO2 (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 【解析】(2)正极材料中含有与强碱溶液反应的 Al;(3)LiCoO2 经酸浸生成 CoSO4,Co 化合价由+3 降低为+2,化 合价升高的只能为 H2O2,H2O2 中的 O 化合价由-1 升高为 0,生成 O

13、2,据此配平即可;注意题干中有对温度的要求, 可知 H2O2 会发生分解;抓住信息“用盐酸代替 H2SO4 和 H2O2 的混合液”,把还原剂 H2O2 去掉了,所以作为还原 剂的只能为盐酸,盐酸被氧化生成 Cl2,Cl2 有毒,污染环境;(5)正极发生得电子的反应,Co 的化合价降低,由 Li1-xCoO2 生成 LiCoO2 化合价由+(3+x)降低到+3,降低了 x,故正极反应式为 Li1-xCoO2+xe-+xLi+ LiCoO2,由充 电时电池负极反应式可知放电时负极反应式为 LixC6-xe- 6C+xLi+,两电极反应式相加可得电池反应式;(6) 注意信息“有利于锂在正极的回收”

14、结合原电池的工作原理,阳离子向正极移动即可分析;沉淀有 Al(OH)3、 CoCO3,水相为 Li2SO4 溶液,可知回收的金属化合物。 9.(2013新课标全国卷，11)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔 Ni/NiCl2 和金属钠之间由钠离 子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是( ) 5 A电池反应中有 NaCl 生成 B电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C正极反应为 NiCl22e =Ni2Cl D钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 【答案】B 【解析】结合蓄电池装置图，利用原电池原理分析相关问题。A 项，负极反应为 Nae =Na，正极反应 为 NiCl

15、22e =Ni2Cl，故电池反应中有 NaCl 生成；B 项，电池的总反应是金属钠还原二价镍离子；C 项，正极上 NiCl2 发生还原反应，电极反应为 NiCl22e =Ni2Cl；D 项，钠在负极失电子，被氧化生 成 Na ，Na通过钠离子导体在两电极间移动。 10.(2013安徽理综，10)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 LiClKCl 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 2LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。 下列有关说法正确的是( ) A正极反应式：Ca2Cl 2e=CaCl 2 B

16、放电过程中，Li 向负极移 动 C每转移 0.1 mol 电子，理论上生成 20.7 g Pb D常温时，在正负极间接上电流 表或检流计，指针不偏转 【答案】D 【解析】 正极应得到电子发生还原反应， A 错误； 放电时为原电池， 阳离子移向正极， B 错误； 每转移 0.1 mol 电子，根据电子守恒，应生成 0.05 mol Pb，质量为 10.35 g，C 错误；常温下，电解质不能熔融形成自由移 动的离子，所以不能导电，故指针不偏转，D 正确。 11.（2011 年福建卷）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

17、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 6 0.35 2 4 C.放电时 OH-向正极移动 D.总反应为 【答案】C 【解析】由于 Li 属于碱金属，化学性质活泼，金属性大于铁，所以，该电池的总电极反应由题意可知：2Li 2H2O=2LiOHH2，负极：Li，正极：钢板。负极反应为：Lie=Li，放电时，OH向负极移动， 故 C 选项不正确。 12.（2009 年浙江卷）市场上经常见到的标记为 Liion 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

18、。这种锂离子电池的电池 反应式为：Li2Li NiO 放电 充电 2Li0.85NiO2。下列说法不 正 确 的是 A.放电时，负极的电极反应式：Lie = 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。 13.（

19、2008 广东卷 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。电池反应 为：FePO +Li 放电 充电 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 料的质量增加 D、放电时电池正极反应为： FePO4+Li+e-=LiFePO4 【答案】C、D 【解析】放电时，负极：Li e- =Li+，正极：FePO4 + Li+ + e- = LiFePO4；充电时

20、，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。 2 Li2H2O=2 LiOHH2 7 14.（2007 年天津 13）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 钴（LiCoO2），充电时，LiCoO2 中的 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：LiCoO2+ C6CoO2 +LiC6 下列说法正确的

21、是 A、充电时，电池的负极反应为 LiC6eLi+ + C6 B、放电时，电池的正极反应 为 CoO2 + Li+ + eLiCoO2 C、羧酸、醇等含活泼氢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 【答案】B 【解析】A、充电时，电池的负极和阴极相连，发生得电子的还原反应，故 A 错误； B、放电时，电池的 正极发生得电子的还原反应，CoO2+Li+e =LiCoO 2，故 B 正确； C、由于单质锂较活泼，易与醇以及羧酸 类物质反应而变质，电解质不能含有醇和羧酸，故 C 错误 D、锂离子电池的比能量高，故 D 错误故 选 B 15.(2006 年广

22、东卷)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+LiMn2O4Li2Mn2O4。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 D、充电时，阳极反应为： Li+e-=Li 【答案】B 【解答】解：A由总反应式可知，放电时，Mn 元素化合价降低，LiMn2O4 发生还原反应，故 A 错误； B 正极 LiMn2O4 得电子被还原，电极反应式为 Li+LiMn2O4+e Li 2Mn2O4，

23、故 B 正确； C充电时，反应 向左进行，Li2Mn2O4 被氧化，故 C 错误； D充电时，阳极发生氧化反应，Li2Mn2O4 失电子被氧化，故 D 错误 16.（2006 年江苏卷）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：C6Lixe C 6Li1 xxLi+（C6Li 表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料） 正极反应：Li1xMO2xLi+x e LiMO 2（LiMO2 表示含锂的过渡金属氧化物） 8 下列有关说法正确的是 A、锂离子电池充电时电池反应为 C6LiLi1xMO2LiMO2C6Li1x B、电池反

24、应中，锂、锌、银、铅 各失去 1mol 电子，金属锂所消耗的质量最大 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 C6Li1xxLi+x e C 6 Li 【答案】BD 【解答】A 选项，根据放电时的电极反应式： 负极反应：C6Lixe=C6Li1xxLi+（ C6Li 表示锂原子嵌入石墨形成复合材料） 正极反应：Li1xMO2xLi+x e =LiMO 2（LiMO2 表示含锂的过渡金属氧化物） 可以写出电池放电的总反应为： C6Li Li1xMO2C6Li1x LiMO2,充电和放电是逆过程， 所以充电时电 池反应为：LiMO2C6Li1xC6LiLi1xMO2，因此 A 选项错误。 B 选项， 根据四种金属的化合价可知： 失去 1mol 电子， 消耗的锂、 锌、 银、 铅的物质的量分别为 1mol、 0.5mol、 1mol、0.5mol，然后乘以对应的金属的摩尔质量，可知 B 选项正确。 C 选项，离子的移动方向取决于电荷之间的相互作用，Li+带正电，电子通过外导线移到正极，所以正极带 负电，正负电荷相互吸引，所以 Li+向正极移到，因此，C 选项错误。 D 选项，阴极反应是负极反应的逆方向，所以 C6Li1xxLi+x e C 6Li 正确。