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專題42 鋰電池 一、高考題再現(xiàn) 1．（2017課標Ⅲ）全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應(yīng)為：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列說法錯誤的是 A．電池工作時，正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4 B．電池工作時，外電路中流過0.02 mol電子，負極材料減重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性 D．電池充電時間越長，電池中的Li2S2量越多 【答案】D 2．（2016四川）某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池。放電時電池的總反應(yīng)為： Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+ C6(x<1)。下列關(guān)于該電池的說法不正確的是 A．放電時，Li+在電解質(zhì)中由負極向正極遷移 B．放電時，負極的電極反應(yīng)式為LixC6-xe-= xLi++ C6 C．充電時，若轉(zhuǎn)移1 mol e-，石墨C6電極將增重7x g D．充電時，陽極的電極反應(yīng)式為LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+ 【答案】C 【解析】A、放電時，陽離子在電解質(zhì)中向正極移動，故正確；B、放電時，負極失去電子，故正確；C、充電時，若轉(zhuǎn)移1 mol電子，則石墨電極上溶解1/x mol C6，電極質(zhì)量減少，故錯誤；D、充電時陽極失去電子，為原電池的正極的逆反應(yīng)，故正確。 二、考點突破 1、無水鋰電池 典例1（2018屆湖北省宜昌市高三4月調(diào)研考試）鋰-空氣電池的工作原理如圖所示。其中多孔電極材料選用納米多孔金時， 該電池表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。電池反應(yīng)為： 2Li＋O2＝Li2O2。 下列說法錯誤 A． 該電池的電解液常用鋰鹽的有機溶液 B． 電池工作時，外電路中流過 0.01 mol 電子，負極材料減重 0.07g C． 電池工作時，正極反應(yīng)可能經(jīng)過兩個過程： Li+＋O2＋e－＝LiO2 Li+＋LiO2＋e－＝Li2O2 D． 電池充電時間越長，電池中 Li2O2越多 【答案】D 典例2（2018屆吉林市普通中學高中畢業(yè)班第三次調(diào)研測試）鋰--空氣電池是一種新型的二次電池，由于具有較高的比能量而成為未來電動汽車的希望。其放電時的工作原理如右圖所示。下列說法正確的是 A． 該電池放電時，鋰電極發(fā)生了還原反應(yīng) B． 放電時，Li＋向鋰電極遷移 C． 電池中的電解液可以是有機電解液或稀鹽酸等 D． 充電時，電池陽極的反應(yīng)式為Li2O2 －2e－＝2Li＋＋O2 【答案】D 【解析】A. 該電池放電時，鋰電極做負極，發(fā)生了氧化反應(yīng)，A錯；B. 放電時，Li＋向正極遷移即向Li2O2極移動，B錯；C. 金屬鋰會與稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)，C錯； D. 充電時，電池y陽極的反應(yīng)式為Li2O2 －2e－＝2Li＋＋O2， D正確。 2、一邊是水溶液，一邊是有機電解液 典例3（2018年遼寧省葫蘆島市普通高中高三第二次模擬考試）新型鋰-空氣電池具有能量密度高的優(yōu)點，可以用作新能源汽車的電源，其結(jié)構(gòu)如圖所示，其中固體電解質(zhì)只允許Li+通過。下列說法正確的是 A． Li+穿過固體電解質(zhì)向正極移動而得到LiOH溶液 B． 放電時，當外電路中有1 mol e－轉(zhuǎn)移時，水性電解液離子總數(shù)增加NA C． 應(yīng)用該電池電鍍銅，陰極質(zhì)量增加64 g，理論上將消耗11.2 L O2 D． 放電時，負極反應(yīng)式：Li－e－＋OH－＝LiOH 【答案】A 典例4（2018屆山西省高三第一次模擬考試）正在研發(fā)的鋰空氣電池能量密度高、成本低，可作為未來電動汽車的動力源，其工作原理如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的是 A． 有機電解液可以換成水性電解液 B． 放電時，外電路通過2 mol 電子，消耗氧氣11.2 L C． 放電和充電時，Li+遷移方向相同 D． 電池充電時，在正極上發(fā)生的反應(yīng)為4OH--4e-= O2↑+2H2O 【答案】D 3、固體電解質(zhì) 典例5（2018年山東省聊城市高三一模）鋰—液態(tài)多硫電池具有能量密度高、儲能成本低等優(yōu)點，以熔融金屬鋰、熔融硫和多硫化鋰[Li2Sx(2≤x≤8)]分別作兩個電極的反應(yīng)物，固體Al2O3陶瓷(可傳導Li+)為電解質(zhì)，其反應(yīng)原理如圖所示。下列說法錯誤的是 A． 該電池比鈉一液態(tài)多硫電池的比能量高 B． 放電時，內(nèi)電路中Li+的移動方向為從a到b C． Al2O3的作用是導電、隔離電極反應(yīng)物 D． 充電時，外電路中通過0.2mol電子，陽極區(qū)單質(zhì)硫的質(zhì)量增加3.2g 【答案】D 【解析】鋰—液態(tài)多硫電池具有能量密度高、儲能成本低等優(yōu)點，所以該電池比鈉一液態(tài)多硫電池的比能量高，A正確；放電時，Na失電子發(fā)生氧化反應(yīng),所以a作負極、b作正極，電解質(zhì)中陽離子鋰離子向正極b移動，B正確；Al2O3為離子化合物，在該電池中作用是導電、隔離電極反應(yīng)物，C正確；充電時，陽極反應(yīng)為SX2—-2e-=xS，外電路中通過0.2mol電子，陽極生成單質(zhì)硫的質(zhì)量為0.1x，由于2≤x≤8，質(zhì)量為6.4-25.6 g之間，D錯誤。 典例6（2018屆廣東省韶關(guān)市高三4月模擬考試二模）某手機電池采用了石墨烯電池，可充電5分鐘，通話2小時。一種石墨烯鋰硫電池(2Li+S8=Li2S8)工作原理示意圖如圖。下列有關(guān)該電池說法不正確的是 A． 金屬鋰是所有金屬中比能量最高的電極材料 B． 充電時A電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng) C． 充電時B電極的反應(yīng):Li2S8-2e-=2Li++S8 D． 手機使用時電子從A電極經(jīng)過手機電路版流向B電極，再經(jīng)過電池電解質(zhì)流回A電極 【答案】D 4、熔融電解質(zhì) 典例7（陜西省榆林市2018屆高考模擬第一次測試）熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiCl-KCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有關(guān)說法正確的是 A． Ca為正極 B． 放電過程中，Li+向負極移動 C． 每轉(zhuǎn)移0.2mol電子,理論上生成20.7gPb D． 電池工作一段時間后，正極質(zhì)量增大 【答案】C 典例8（2018屆遼寧省重點高中協(xié)作校高三第三次模擬考試）鋰碘電池的正極材料是聚2-乙烯吡啶(簡寫為P2VP)和I2的復合物，電解質(zhì)是熔融薄膜狀的碘化鋰，正極的電極反應(yīng)式為 P2VPnI2+2e-+2Li+=P2VP(n-1)I2+2LiI。下列說法正確的是 A． 該電池放電時，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng) B． 該電池發(fā)生的總反應(yīng)為2Li+P2VPnI2=P2VP(n-1)I2+2LiI C． P2VP和I2的復合物是絕緣體，不能導電 D． 該電池工作時，碘離子移向正極 【答案】B 【解析】A項，鋰碘電池中Li為負極，鋰電極發(fā)生氧化反應(yīng)，負極電極反應(yīng)式為Li-e-=Li+，A錯誤；B項，將正、負極電極反應(yīng)式相加得電池總反應(yīng)：2Li+P2VPnI2=P2VP（n-1）I2+2LiI，B正確；C項，正極材料是聚2-乙烯吡啶（簡寫為P2VP）和I2的復合物，電極材料必須能導電，C錯誤；D項，該電池工作時，陰離子移向負極，碘離子移向負極，D錯誤。