專題5-6-二次電池(原卷版)

專題5.6二次電池【必備知識】1、二次電池(可充電電池)的有關(guān)規(guī)律(以鉛蓄電池為例)鉛蓄電池示意圖鉛蓄電池介紹鉛蓄電池可放電亦可充電，具雙重功能。它是用橡膠或微孔塑料制成的長方形外殼，正極板上有一層棕褐色的PbO2，負極板是海綿狀金屬鉛，兩極均浸在濃度為30%的稀硫酸溶液中，兩極間用橡膠或微孔塑料隔開。它在放電過程中將化學(xué)能能轉(zhuǎn)化為電能，充電時，蓄電池屬于電路組成中的用電器。鉛蓄電池的工作原理為：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)放電時電極反應(yīng)負極(Pb)：Pb(s)＋SO42－(aq)－2e－=PbSO4(s)(氧化反應(yīng))正極(PbO2)：PbO2(s)＋4H+＋SO42－(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)(還原反應(yīng))充電時電極反應(yīng)陰極：PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SO42－(aq)(還原反應(yīng))陽極：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=PbO2(s)＋4H+＋SO42－(aq)(氧化反應(yīng))規(guī)律=1\*GB3①可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)=2\*GB3②放電時的負極反應(yīng)和充電時的陰極反應(yīng)、放電時的正極反應(yīng)和充電時的陽極反應(yīng)在形式上互逆。將負(正)極反應(yīng)式變方向并將電子移向即得出陰(陽)極反應(yīng)式=3\*GB3③二次電池充電時原負極必然要發(fā)生還原反應(yīng)(生成原來消耗的物質(zhì))，即作陰極，連接外接電源的負極；同理，原正極連接電源的正極，作陽極。簡記為：負連負，正連正=4\*GB3④放電總反應(yīng)和充電總反應(yīng)在形式上互逆(但不是可逆反應(yīng))2、常見二次電池及電極反應(yīng)書寫鉛蓄電池總反應(yīng)Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)負極反應(yīng)正極反應(yīng)鋰離子電池總反應(yīng)Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x＜1)負極反應(yīng)正極反應(yīng)高鐵電池總反應(yīng)Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH負極反應(yīng)正極反應(yīng)鎳鎘電池總反應(yīng)Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2負極反應(yīng)正極反應(yīng)氫鎳電池總反應(yīng)NiO(OH)＋MHNi(OH)2＋M負極反應(yīng)正極反應(yīng)鐵鎳電池總反應(yīng)Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2負極反應(yīng)正極反應(yīng)【真題感悟】1、(2021·湖南卷)鋅溴液流電池是一種先進的水溶液電解質(zhì)電池，廣泛應(yīng)用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅溴液流電池工作原理如圖所，下列說法錯誤的是()A．放電時，N極正極B．放電時，左側(cè)貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C．充電時，M極的電極反應(yīng)式為D．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過2、(2021·浙江卷1月選考)鎳鎘電池是二次電池，其工作原理示意圖如下(L為小燈泡，K1、K2為開關(guān)，a、b為直流電源的兩極)。下列說法不正確的是()A．斷開K2、合上K1，鎳鎘電池能量轉(zhuǎn)化形式：化學(xué)能→電能B．斷開K1、合上K2，電極A為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)C．電極B發(fā)生氧化反應(yīng)過程中，溶液中KOH濃度不變D．鎳鎘二次電池的總反應(yīng)式：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)23、(2021·浙江卷6月選考)某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電時得電子成為Li嵌入該薄膜材料中；電極B為LiCoO2薄膜；集流體起導(dǎo)電作用。下列說法不正確的是()A．充電時，集流體A與外接電源的負極相連B．放電時，外電路通過amol電子時，LiPON薄膜電解質(zhì)損失amolLi+C．放電時，電極B為正極，反應(yīng)可表示為Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2D．電池總反應(yīng)可表示為Li1－xCoO2＋LixSiLiCoO2＋Si4、(2020·全國卷Ⅰ)科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖，電極為金屬鋅和選擇性催化材料，放電時，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是()A．放電時，負極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放電時，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC．充電時，電池總反應(yīng)為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充電時，正極溶液中OH－濃度升高5、(2020·天津卷)熔融鈉－硫電池性能優(yōu)良，是具有應(yīng)用前景的儲能電池。下圖中的電池反應(yīng)為2Na＋xSNa2Sx(x＝5～3，難溶于熔融硫)，下列說法錯誤的是()A．Na2S4的電子式為B．放電時正極反應(yīng)為xS＋2Na＋＋2e－=Na2SxC．Na和Na2Sx分別為電池的負極和正極D．該電池是以Na－β－Al2O3為隔膜的二次電池6、(2019·全國卷Ⅲ，13)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D－Zn)可以高效沉積ZnO的特點，設(shè)計了采用強堿性電解質(zhì)的3D－Zn－NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是()A．三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高B．充電時陽極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時負極反應(yīng)為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)D．放電過程中OH－通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū)7、(2019·天津卷)我國科學(xué)家研制了一種新型的高比能量鋅－碘溴液流電池，其工作原理示意圖如圖。圖中貯液器可儲存電解質(zhì)溶液，提高電池的容量。下列敘述不正確的是()A．放電時，a電極反應(yīng)為I2Br－＋2e－=2I－＋Br－B．放電時，溶液中離子的數(shù)目增大C．充電時，b電極每增重0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化D．充電時，a電極接外電源負極【鞏固練習(xí)】1、如圖是鉛蓄電池構(gòu)造示意圖，下列說法不正確的是()A．鉛蓄電池是二次電池，充電時電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．電池工作時，電子由Pb板通過導(dǎo)線流向PbO2板C．電池工作時，負極反應(yīng)為Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4D．電池工作時，H＋移向Pb板2、鎳鎘(Ni－Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電反應(yīng)按下式進行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有關(guān)該電池的說法正確的是()A．充電時陽極反應(yīng)：Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2OB．充電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程C．放電時負極附近溶液的堿性不變D．放電時電解質(zhì)溶液中的OH－向正極移動3、據(jù)報道，我國已研制出“可充室溫鈉—二氧化碳電池”，電極材料為鈉金屬片和碳鈉米管，電解液為高氯酸鈉—四甘醇二甲醚，電池總反應(yīng)為4Na＋3CO22Na2CO3＋C，生成固體Na2CO3沉積在碳鈉米管上。下列敘述不正確的是()A．放電時鈉金屬片發(fā)生氧化反應(yīng)B．充電時碳鈉米管接直流電源的正極C．充電時的陽極反應(yīng)為C＋2Na2CO3－4e－=3CO2↑＋4Na＋D．放電時每消耗3molCO2，轉(zhuǎn)移12mol電子4、高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列敘述正確的是()A．放電時Zn是正極B．放電時負極反應(yīng)為Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2C．充電時Fe(OH)3被還原D．充電時電解液的堿性增強5、鎂及其化合物一般無毒(或低毒)、無污染，鎂電池放電時電壓高且平穩(wěn)，因此成為人們研制綠色電池所關(guān)注的重點。有一種鎂二次電池的反應(yīng)為xMg＋Mo3S4MgxMo3S4。下列說法錯誤的是()A．放電時Mg2＋向正極移動B．放電時正極的電極反應(yīng)式為Mo3S4＋2xe－=Mo3Seq\o\al(2x－,4)C．放電時Mo3S4發(fā)生氧化反應(yīng)D．充電時陰極的電極反應(yīng)為xMg2＋＋2xe－=xMg6、表面介導(dǎo)電池(SMCS)是一種新型充電電池，可使電動汽車的充電時間僅需幾分鐘，該電池的電極材料為金屬鋰和氧化石墨烯。下列有關(guān)說法中不正確的是A．放電時，氧化石墨烯作正極B．放電時，負極電極反應(yīng)式為Li－e－=Li＋C．充電時，該電池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能D．充電時，電解質(zhì)溶液中的Li＋從陰極遷移到陽極7、如圖是一種鋰釩氧化物熱電池裝置，電池總反應(yīng)為xLi＋LiV3O8=Li1＋xV3O8。工作時，需先引發(fā)鐵和氯酸鉀反應(yīng)使共晶體熔化，下列說法不正確的是()A．組裝該電池應(yīng)當在無水、無氧的條件下進行B．整個過程的能量轉(zhuǎn)化涉及化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能和電能C．放電時LiV3O8電極反應(yīng)為：xLi＋＋LiV3O8－xe－=Li1＋xV3O8D．充電時Cl－移向LiV3O8電極8、熔融狀態(tài)下，Na和FeCl2能組成可充電電池(裝置如圖所示)，反應(yīng)原理為：2Na＋FeCl2Fe＋2NaCl下列關(guān)于該電池的說法正確的是()A．放電時，a為正極，b為負極B．放電時，負極反應(yīng)為：Fe2＋＋2e－=FeC．充電時，a接外電源正極D．充電時，b極處發(fā)生氧化反應(yīng)9、Mg－LiFePO4電池的電池反應(yīng)為xMg2＋＋2LiFePO4xMg＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋，其裝置示意圖如圖所示，下列說法正確的是()A．放電時，Li＋被還原B．充電時，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸．放電時，電路中每流過2mol電子，有1molMg2＋遷移至正極區(qū)D．充電時，陽極上發(fā)生的電極反應(yīng)為LiFePO4－xe－=Li1－xFePO4＋xLi＋10、一種新型金屬氫化物鎳電池(MH－Ni電池，MH為貯氫材料)工作原理如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是()A．隔膜為陰離子交換膜B．電池的電解液可為硫酸C．充電時陽極反應(yīng)為H2O＋M＋e－=MH＋OH－D．放電時負極反應(yīng)為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O11、一種碳納米管新型二次電池的裝置如圖所示。下列說法中正確的是()A．離子交換膜選用陽離子交換膜(只允許陽離子通過)B．正極的電極反應(yīng)為NiO(OH)＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－C．導(dǎo)線中通過1mol電子時，理論上負極區(qū)溶液質(zhì)量增加1gD．充電時，碳電極與電源的正極相連12、新型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，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)該電池的說法正確的是()A．充電時，金屬鋰為陽極B．放電時，正負兩極周圍都有LiOHC．放電時，每消耗22.4LO2，轉(zhuǎn)移4mol電子D．放電和充電時，Li＋遷移方向相反13、我國科學(xué)家曾報道過如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯誤的是()A．a(chǎn)為電池的正極B．電池充電反應(yīng)為LiMn2O4=Li1－xMn2O4＋xLiC．放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化D．放電時，溶液中Li＋從b向a遷移14、如圖是一種正投入生產(chǎn)的大型蓄電系統(tǒng)。放電前，被膜隔開的電解質(zhì)為Na2S2和NaBr3，放電后分別變?yōu)镹a2S4和NaBr。下列敘述正確的是()A．放電時，負極反應(yīng)為3NaBr－2e－=NaBr3＋2Na＋B．充電時，陽極反應(yīng)為2Na2S2－2e－=Na2S4＋2Na＋C．放電時，Na＋經(jīng)過離子交換膜由b池移向a池D．用該電池電解飽和食鹽水，產(chǎn)生2.24LH2時，b池生成17.40gNa2S415、已知：鋰離子電池的總反應(yīng)為：LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2；鋰硫電池的總反應(yīng)為：2Li＋SLi2S。有關(guān)上述兩種電池說法正確的是A．鋰離子電池放電時，Li＋向負極遷移B．鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)C．理論上兩種電池的比能量相同D．如圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電16、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(dǎo)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—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bC．Al2O3的作用是導(dǎo)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3.2g17、一種突破傳統(tǒng)電池設(shè)計理念的鎂－銻液態(tài)金屬儲能電池工作原理如圖所示，該電池所用液體密度不同，在重力作用下分為三層，工作時中間層熔融鹽的組成及濃度不變。該電池工作一段時間后，可由太陽能電池充電。下列說法不正確的是()A．放電時，Mg(液)層的質(zhì)量減小B．放電時正極反應(yīng)為Mg2＋＋2e－=MgC．該電池充電時，Mg－Sb(液)層發(fā)生還原反應(yīng)D．該電池充電時，Cl－向中層和下層分界面處移動18、鋅溴液流電池用溴化鋅溶液作電解液，并在電池間不斷循環(huán)。下列有關(guān)說法正確的是()A．充電時n接電源的負極，Zn2＋通過陽離子交換膜由左側(cè)流向右側(cè)B．放電時每轉(zhuǎn)移1mol電子，負極區(qū)溶液質(zhì)量減少65gC．充電時陰極的電極反應(yīng)式為Br2＋2e－=2Br－D．若將陽離子交換膜換成陰離子交換膜，放電時正、負極也隨之改變19、目前市場上的手提應(yīng)急燈，主要是“無液干粉”鉛酸蓄電池，其原理是將有腐蝕性的濃硫酸灌注到硅膠凝膠中去，使電解質(zhì)溶液不易發(fā)生泄漏，大大改善了電池的性能，所用的原料仍然是鉛——二氧化鉛——硫酸。下列關(guān)于該鉛酸蓄電池的說法正確的()A．充電時電源的正極接蓄電池標“+”的一極B．“無液干粉”鉛酸蓄電池徹底改變了原來的鉛酸蓄電池的反應(yīng)原理C．放電時在鉛酸蓄電池的負極發(fā)生還原反應(yīng)D．充電時鉛酸蓄電池上標有“－”的電極發(fā)生氧化反應(yīng)20、鋰－空氣電池能夠提供相當于普通鋰離子電池10倍的能量，因此它是最有前途的電池技術(shù)之一。如圖是鋰-空氣電池放電和充電時的工作示意圖。下列說法正確的是()A．a(chǎn)極為原電池的正極B．電池充電時，b極發(fā)生的反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．放電時，a極鋰的化合價未發(fā)生變化D．充電時，溶液中Li＋由b極向a極遷移21、隨著各地“限牌”政策的推出，電動汽車成為汽車族的“新寵”。某電動汽車使用的是鈷酸鋰(LiCoO2)電池，其工作原理如圖所示，且電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li＋的高分子材料，隔膜只允許Li＋通過，電池反應(yīng)式為LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。下列說法不正確的是()A．放電時，正極鋰的化合價未發(fā)生改變B．充電時Li＋移動方向：右室→左室C．放電時負極的電極反應(yīng)式：LixC6－xe－=C6＋xLi＋D．充電時陽極的電極反應(yīng)式：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO222、某充電寶鋰離子電池的總反應(yīng)為xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4，某手機鎳氫電池總反應(yīng)為NiOOH＋MHM＋Ni(OH)2(M為儲氫金屬或合金)，有關(guān)上述兩種電池的說法不正確的是()A．鋰離子電池放電時，Li＋向正極遷移B．鎳氫電池放電時，正極的電極反應(yīng)式：NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－C．如圖表示用鋰離子電池給鎳氫電池充電D．鋰離子電池充電時，陰極的電極反應(yīng)式：LiMn2O4－xe－=Li1－xMn2O4＋xLi＋23、鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應(yīng)為Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2，下列有關(guān)該電池的說法不正確的是()A．電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3、負極為FeB．電池放電時，負極反應(yīng)為Fe＋2OH－－2e－=Fe(OH)2C．電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低D．電池充電時，陽極反應(yīng)為：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－=Ni2O3＋3H2O24、利用碳納米管能夠吸附氫氣，設(shè)計一種新型二次電池，其裝置如圖所示。關(guān)于該電池的敘述不正確的是()A．電池放電時K＋移向正極B．電池放電時負極反應(yīng)為：H2－2e－＋2OH－=2H2OC．電池充電時鎳電極上NiOOH轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2D．電池充電時碳納米管電極與電源的負極相連25、一種碳納米管能夠吸附氫氣，用這種材料吸氫后制備的二次電池(充放電電池)工作原理如下圖所示，該電池的電解質(zhì)為6mol/LKOH溶液，下列說法中正確的是()A．放電時K＋移向碳電極B．放電時電池負極的電極反應(yīng)為H2－2e－=2H＋C．充電時鎳電極的電極反應(yīng)為Ni(OH)2＋OH―－e－=NiO(OH)＋H2OD．該電池充電時將碳電極與電源的正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)26、某新型二次鋰離子電池結(jié)構(gòu)如右圖，電池內(nèi)部是固體電解質(zhì)，充電、放電時允許Li＋在其間通過(圖中電池內(nèi)部“→”表示充電時Li＋的遷移方向)。充電、放電時總反應(yīng)可表示為：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C。下列說法正確的是()A．外電路上的“→”，表示放電時的電流方向B．充電時陰極電極反應(yīng)：LixC6－xe－=6C＋xLi+C．放電時負極電極反應(yīng)：LiCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi+D．內(nèi)電路有0.1mole－通過，發(fā)生遷移的Li+的質(zhì)量為0.7g27、高溫鈉硫電池是一種新型可充電電池，其工作原理如下圖所示，圖中固體電解質(zhì)是Na+導(dǎo)體。下列敘述正確的是()A．放電時，石墨電極a為正極B．放電時，Na+從石墨b向石墨a方向遷移C．充電時，b極反應(yīng)為Na2Sx－2e－=xS＋2Na+D．可將裝置中的固體電解質(zhì)改成NaCl溶液28、某充電電池的原理如右圖所示，溶液中c(H+)=2.0mol·L－1，陰離子為SO42－，a、b均為惰性電極，充電時右槽溶液顏色由綠色變?yōu)樽仙?。下列對此電池敘述正確的是()A．放電過程中，左槽溶液顏色由黃色變?yōu)樗{色B．充電時，b極接直流電源正極，a極接直流電源負極C．充電過程中，a極的反應(yīng)式為：VO2+＋2H+＋e－=VO2+＋H2OD．放電時，當轉(zhuǎn)移1.0mol電子時共有1.0molH+從左槽遷移進右槽29、鋅－空氣燃料電池可用作電動車動力電源，電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，反應(yīng)為2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O=2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)。下列說法正確的是()A．充電時，電解質(zhì)溶液中K＋向陽極移動B．充電時，電解質(zhì)溶液中c(OH－)逐漸減小C．放電時，負極反應(yīng)為：Zn＋4OH－－2e－=Zn(OH)eq\o\al