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高考化学一轮复习电化学专题01锂电池练习
专题01锂电池
1.锂海水电池常用在海上浮标等助航设备中,其示意图如图所示。
电池反应为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑。
电池工作时,下列说法错误的是()
A.金属锂作负极
B.电子从锂电极经导线流向镍电极
C.海水作为电解质溶液
D.可将电能转化为化学能
【答案】D
2.某科研小组公司开发了Li-SO2Cl2军用电池,其示意图如下图所示,已知电池总反应为:
2Li+SO2Cl2=2LiCl+SO2↑。
下列叙述中错误的是
A.电池工作时负极材料是Li,发生氧化反应
B.电池工作时电子流向:
锂电极→导线→负载→碳棒
C.电池工作时,外电路流过0.2mol电子,标准状况下生成4.48L气体
D.电池工作过程中,石墨电极反应式为SO2Cl2+2e-=2Cl-+SO2↑
【答案】C
【解析】根据电池的总反应:
2Li+SO2Cl2=2LiCl+SO2↑。
得到单质锂在反应中失电子化合价升高,所以单质锂是该电池的负极,发生失电子的氧化反应,选项A正确。
锂电极为负极,所以电子从锂电极流出,经导线、负载,到达石墨电极,选项B正确。
总反应的电子转移数为2e-,所以转移电子是生成的SO2气体的2倍,外电路流过0.2mol电子,标准状况下生成2.24L(0.1mol)气体,选项C错误。
石墨电极是反应的正极,正极上是SO2Cl2得电子,转化为SO2和Cl-,方程式为:
SO2Cl2+2e-=2Cl-+SO2↑,选项D正确。
3.下图是采用新能源储能器件将CO2转化为固体产物,实现CO2的固定和储能灵活应用的装置。
储能器件使用的Li-CO2电池组成为钌电极/CO2-饱和LiClO4-DMSO电解液/锂片。
下列说法正确的是
A.Li-CO2电池电解液由LiClO4和DMSO溶于水得到
B.CO2的固定中,每转移8mole-,生成3mol气体
C.过程Ⅱ中电能转化为化学能
D.过程Ⅰ的钌电极的电极反应式为2Li2CO3+C-4e-=4Li++3CO2↑
【答案】D
4.中国科学家用蘸墨汁书写后的纸张作为空气电极,设计并组装了轻型、柔性、能折叠的可充电锂空气电池如下图1,电池的工作原理如下图2。
下列有关说法正确的是
A.放电时,纸张中的纤维素作锂电池的正极
B.开关K闭合给锂电池充电,X为直流电源负极
C.放电时,Li+由正极经过有机电解质溶液移向负极
D.充电时,阳极的电极反应式为:
Li2O2+2e-=O2↑+2Li+
【答案】B
5.锂电池的构造如图所示,电池内部“→”表示放电时Li+的迁移方向,电池总反应可表示为:
Li1-xCoO2+LixC6
LiCoO2+6C,下列说法错误的是()
A.该电池的负极为LiCoO2
B.充电时Li+向C电极电极移动
C.充电时的阴极反应:
Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2
D.外电路上的“→”表示放电时的电子流向
【答案】B
【解析】试题分析:
由Li+的迁移方向可知,LiCoO2电极为负极,C电极为正极。
A.该电池的负极为LiCoO2,A正确;B.充电时Li+迁移方向与放电时相反应,所以充电时Li+向LiCoO2电极移动,B不正确;C.充电时的阴极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2,C正确;D.外电路上的“→”表示放电时的电子流向,D正确。
本题选B。
6.近几年科学家发明了一种新型可控电池一一锂水电池,工作原理如图所示。
下列有关说法不正确的是
A.电极a的材料是LiB.电极b上发生还原反应,气体N是氢气
C.消耗锂的质量为14g时,产生22.4L气体ND.该装置是一次电池
【答案】C
7.锂空气电池放电时的工作原理如图所示。
下列叙述正确的是
A.放电时Li+由B极向A极移动
B.电池放电时总反应方程式为4Li+O2+2H2O===4LiOH
C.电解液a、b之间可采用阴离子交换膜
D.电解液a可能为LiCl水溶液
【答案】B
【解析】A、在原电池中,A是负极,B是正极,阳离子由负极向正极移动,即由A极向B极移动,故A错误;B、原电池放电反应为自发地氧化还原反应,即4Li+O2+2H2O=4LiOH,故B正确;C、根据图示,LiOH由正极区流出,说明电解液a、b之间可采用阳离子交换膜,故C错误;D、金属锂可以和水发生反应,电解质中不能含有水,故D错误;故选B。
8.锂—铜空气燃料电池(如图)容量高、成本低,该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电过程为:
2Li+Cu2O+H2O=2Cu+2Li++2OH-,下列说法错误的是
A.整个反应过程中,氧化剂为O2
B.放电时,正极的电极反应式为:
Cu2O+H2O+2e-=2Cu+2OH-
C.放电时,当电路中通过0.1mol电子的电量时,有0.1molLi+透过固体电解质向Cu极移动,有标准状况下1.12L氧气参与反应
D.通空气时,铜被腐蚀,表面产生Cu2O
【答案】C
9.锂空气充电电池有望成为电动汽车的实用储能设备。
工作原理示意图如下,下列叙述正确的是
A.该电池工作时Li+向负极移动
B.Li2SO4溶液可作该电池电解质溶液
C.电池充电时间越长,电池中Li2O含量越多
D.电池工作时,正极可发生:
2Li++O2+2e-=Li2O2
【答案】D
【解析】原电池中,阳离子应该向正极移动,选项A错误。
单质锂会与水反应生成氢氧化锂和氢气,所以电解质溶液不能使用任何水溶液,选项B错误。
电池充电的时候应该将放电的反应倒过来,所以将正极反应逆向进行,正极上的Li应该逐渐减少,所以电池充电时间越长,Li2O含量越多应该越少,选项C错误。
题目给出正极反应为:
xLi++O2+xe-=LixO2,所以当x=2的时候反应为:
2Li++O2+2e-=Li2O2,所以选项D正确。
10.Li-Cu-空气燃料电池的原理示意如图,电池通入空气腐蚀铜电极而产生正极反应物Cu2O。
下列有关说法正确的是
A.电池工作时,正极上有金属锂析出
B.电池工作时,负极区溶液中c(OH-)增大
C.电池放电过程中的总反应为:
2Cu+2Li++2OH-=2Li+Cu2O+H2O
D.停止通入空气一段时间,电池将停止放电
【答案】D
11.一种新型的“锂-呼吸CO2电化学装置”的结构如下图所示,下列说法正确的是
A.该装置可由电能转变为化学能
B.利用该技术可减少温室气体CO2的排放
C.正极的电极反应为:
C2O42--2e-=2CO2
D.每生成10.2gLi2C2O4,有0.2molLi+从正极迁移至负极
【答案】B
【解析】由图可知,该装置为原电池,可以将化学能转化为电能,总反应为2Li+2CO2=Li2C2O4,锂是负极,锂失电子被氧化生成Li+;正极上CO2被还原为C2O42-,所以利用该技术可减少温室气体CO2的排放。
Li+从负极移向正极。
综上所述,B正确,本题选B.
12.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。
其工作示意图见图,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-
【答案】C
13.锂空气电池充放电基本原理如图所示,下列说法不正确的是
A.充电时,锂离子向阴极移动
B.充电时阴极电极反应式为Li++e-===Li
C.放电时正极电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-
D.负极区的有机电解液可以换成水性电解液
【答案】D
14.某科研小组公司开发了Li-SO2Cl2军用电池,其示意图如图所示,已知电池反应为:
2Li+SO2Cl2=2LiCl+SO2↑。
下列叙述中错误的是
A.电池工作时负极材料是Li,发生氧化反应
B.将电解质溶液改为LiCl的水溶液,电池性能会更好
C.电池工作时电子流向:
锂电极→导线→负载→碳棒
D.电池工作过程中,石墨电极反应式为SO2Cl2+2e−=2Cl−+SO2↑
【答案】B
【解析】电池工作时负极材料是Li,失电子发生氧化反应,故A正确;
锂与水能反应,不能将电解质溶液改为LiCl的水溶液,故B错误;
电池工作时电子有负极流向正极,故C正确;电池工作过程中,石墨是正极,电极反应式为
SO2Cl2+2e−=2Cl−+SO2↑,故D正确。
15.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1mole-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64g,理论上将消耗11.2LO2
D.放电时,负极反应式:
Li-e-+OH-=LiOH
【答案】A
16.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
【答案】B
【解析】分析:
锂碘电池中Li为负极,负极电极反应式为Li-e-=Li+,正、负极电极反应式相加得电池总反应,电极材料必须能导电,原电池工作时,阴离子向负极移动。
详解:
A项,锂碘电池中Li为负极,锂电极发生氧化反应,负极电极反应式为Li-e-=Li+,A项错误;B项,将正、负极电极反应式相加得电池总反应:
2Li+P2VP·nI2=P2VP·(n-1)I2+2LiI,B项正确;C项,正极材料是聚2-乙烯吡啶(简写为P2VP)和I2的复合物,电极材料必须能导电,C项错误;D项,该电池工作时,阴离子移向负极,碘离子移向负极,D项错误;答案选B。
17.在新型储能体系,可充电锂二氧化碳电池被称为“可呼吸电池2.0”,该电池的总反应式为:
Li+CO2+O2
Li2CO3(未配平).其工作原理如下图所示(放电时产生的碳酸锂固体储存于碳纳米管中,TEGDME是一种有机溶剂)。
下列说法中正确的是
A.放电时,CO2发生还原反应
B.若有1.12L.CO2参与反应,则有0.2mol电子发生转移
C.放电时,Li+从右向左移动
D.充电时,阳极反应为2Li2CO3-4e-=2CO2↑+O2↑+4Li+
【答案】D
18.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,电池正极的反应式为Li2O2-2e-=2Li++O2
【答案】D
19.我国研究锂硫电池获得突破,电池的总反应是16Li+S8
8Li2S,充放电曲线如图所示,下列说法不正确的是()
A.充电时,电能转化为化学能
B.放电时,锂离子向正极移动
C.放电时,1molLi2S6转化为Li2S4得到2mole-
D.充电时,阳极总电极反应式是8S2--16e-=S8
【答案】C
【解析】A.充电时,是电解池,是电能转化为化学能,故A正确;B.放电时,是原电池,在原电池中,阳离子向正极移动,因此锂离子向正极移动,故B正确;C.根据图示,放电时,1molLi2S6转化为Li2S4的反应为2Li2S6+2Li=3Li2S4,反应中2molLi2S6得到2mole-,即1molLi2S6得到1mole-,故C错误;D.根据16Li+S8
8Li2S,充电时,阳极总电极反应式是8S2--16e-=S8,故D正确;故选C。
20.一种Cu-Li可充电电池的工作原理如图所示,其中非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(LISICON)隔开。
下列说法正确的是()
A.陶瓷片允许水分子通过
B.电池放电时,N极发生氧化反应
C.电池充电时,阴极反应为Li++e-=Li
D.电池充电时,接线柱B应与外接直流电源的负极相连
【答案】C
21.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0.01mol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-=LiO2Li++LiO2+e-=Li2O2
D.电池充电时间越长,电池中Li2O2越多
【答案】D
22.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
【答案】D
【解析】A、单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多,则得到的电能越多,能量越高,Li是所有金属元素中原子量最小的金属,所以金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料,故A正确;B、原电池中阳离子向正极移动,由图可知,做电源时,B为正极,A为负极,负极发生失电子的氧化反应;反过来,充电时负极为阴极,发生还原反应,故B正确;C、B电极上S8得电子生成Li2S8,则B电极的反应:
2Li++S8+2e-═Li2S8,故C正确;D、电子只能在电极和导线中移动,电子不能在电解质溶液中移动,故D错误;故选D。
23.某锂离子电池工作原理如下图所示,电池反应为:
Li1-xCoO2+LixC
LiCoO2+C。
下列说法不正确的是
A.放电时,电子从b极经用电器流向a极
B.放电时,若转移1mole-,碳材料将增重7g
C.充电时,锂离子通过隔膜进入右室
D.充电时,a极反应:
LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+
【答案】B
24.新型液态金属Li-Sb电池具有优良的动力传输特性,工作原理如图所示,该电池的两极及电解液被分成3层(熔融Li和Sb可互溶)。
下列说法正确的是
A.电池放电时Li为正极
B.将Li换成Na会提高该电池的比能量
C.该电池充电时阳极金属的总质量不变
D.在Sb电极中常掺入Pb,目的是降低该电池工作温度
【答案】D
【解析】电池放电时Li为负极,A项错误;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大小,将Li换成Na会降低该电池的比能量,B项错误;当电池放电时,上层的锂金属失去电子,成为锂离子,移到中层的盐层,而盐层中的锂离子,则会吸收电子,渐渐跑到铅锑混合物所在的最下层,若开始充电,最底层的锂金属会往上熔回盐层的过程中,熔融Li和Sb可互溶,故该电池充电时阳极金属的总质量发生改变,C项错误;将正极金属Sb和低熔点金属进行合金化来降低熔点,从而降低电池的工作温度,D项正确。
25.锂一铜空气燃料电池容量高、成本低,具有广阔的发展前景。
该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O=2Cu+2Li++2OH-,下列说法不正确的是
A.该电池负极不能用水溶液作为电解质
B.放电时,Li+透过固体电解质向Cu极移动
C.通空气时铜被腐蚀,表面产生Cu2O
D.放电时,正极的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-═4OH-
【答案】D
26.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
【答案】D
27.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2mol电子,消耗氧气11.2L
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
【答案】D
【解析】A.因Li和水可以发生反应,所以不能将有机电解液换成水性电解液,故A错误;B.因未说明气体是否处于标准状况,所以无法计算氧气的体积,故B错误;C.放电时Li+移向正极,充电时Li+移向阴极(即放电时的负极),移动方向不同,故C错误;D.充电时,电池的正极为充电时的阳极,电极反应式为:
4OH--4e-=O2↑+2H2O,故D正确;答案选D。
28.在固态金属氧化物燃料电解池中,以H2—CO混合气体为燃料,基本原理如右图所示。
下列说法不正确的是
A.Y极是原电池的正极,发生还原反应
B.负极的电极反应式是:
H2-2eˉ+O2ˉ=H2OCO-2eˉ+O2ˉ=CO2
C.总反应可表示为:
H2+CO+O2=H2O+CO2
D.同温同压下两极消耗的气体的体积之比是1︰1
【答案】D
29.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:
16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。
下列说法正确的是
A.电池工作时,负极可发生反应:
2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
B.电池充电时间越长,电池中的Li2S2量越多
C.电解质中加入硫酸能增强导电性
D.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g
【答案】D
【解析】A、由装置图可知,电池工作时Li+向a极移动,则a极为正极,b极为负极,结合电池反应为16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8),负极Li的反应式为Li-e-=Li+,所以A错误;B、由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应,当充电时,将进行逆向转化,所以充电时间越长,电池中Li2S2量越少,故B错误;C、加入硫酸,将与负极材料Li作用,从而减弱电路的导电性,故C错误;D、该电池的负极反应Li-e-=Li+,所以当电路中流过0.02mol电子,负极消耗Li的物质的量为0.02mol,其质量为0.14g,所以D正确。
本题正确答案为D。
30.2017年12月,华为宣布:
利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出石墨烯电池,电池反应式为LixC6+Li1-xCoO2
C6+LiCoO2,其工作原理如图所示。
下列关于该电池的说法不正确的是
A.该电池若用隔膜可选用质子交换膜
B.石墨烯电池的优点是提高电池的储锂容量进而提高能量密度
C.充电时,LiCoO2极发生的电极反应为:
LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+
D.废旧的该电池进行“放电处理”让Li+从石墨烯中脱出而有利于回收
【答案】A
31.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:
16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。
下列说法错误的是
A.电池工作时,正极可发生反应:
2Li2S6+2Li++2e−=3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g
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
32.近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂铜空气燃料电池,该电池通过一种复杂的铜腐蚀现象产生电力,整个反应过程中,铜相当于催化剂,装置如图所示。
下列说法不正确的是
A.放电时,Li+透过固体电解质向Cu极移动
B.放电时,正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-
C.空气的作用是把铜表面氧化为Cu2O
D.锂电极减轻1.4g时,至少需通入空气约5.6L(标准状况下)
【答案】B
【解析】A、放电属于电池,根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,根据装置图,Li为负极,Cu为正极,即H+向Cu极移动,故A说法正确;B、根据装置图和题中信息,正极是Cu2O+2e-+H2O=2Cu+2OH-,故B说法错误;C、根据装置图,空气的作用是把Cu表面氧化为Cu2O,故C说法正确;D、根据4Li~4e-~O2,消耗氧气物质的量为1.4/(7×4)mol=0.05mol,消耗空气的体积为0.05×22.4/20%L=5.6L,故D说法正确。
33.一种锂铜可充电电池,工作原理如图。
在该电池中,非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(LISICON)隔开。
下列说法不正确的是
A.陶瓷片允许Li+通过,不允许水分子通过
B.放电时,N为电池的正极
C.充电时,阴极反应为:
Li++e-=Li
D.充电时,接线柱A应与外接电源的正极相连
【答案】D
34.锂空气电池是一种新型的二次电池,其放电时的工作原理如下图所示。
下列说法正确的是
A.电解液中,Li+由多孔电极迁移向锂电极
B.该电池放电时,负极发生了还原反应
C.充电时,电池正极的反应式为Li2O2=2Li++O2↑+2e-
D.电池中的电解液可以是有机电解液或稀盐酸等
【答案】C
【解析】A.锂电极作负极,多孔电极作正极,电解液中,阳离子移向阴极,所以Li+由锂电极迁移向多孔电极,故A错误;B.该电池放电时,负极发生了氧化反应,故B错误;C.充电时,电池正极的反应式为Li2O2=2Li++O2↑+2e-,故C正确;D.金属钾与稀盐酸发生反应,所以电池中的电解液不可以是稀盐酸,故D错误。
故选C。
35.锂-液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点,以熔融金属银、熔融硫和多硫化锂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。
下列关于其说法错误的是
A.放电时,电极B为正极
B.充电时内电路中Li+的移
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