二次电池专练
一、锂离子电池
1．新型LiFePO4可充电锂离子动力电池以其独特的优势成为绿色能源的新宠。已知该电池放电时的电极反应式为正极：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，负极：Li－e－===Li＋。下列说法正确的是( )
A．充电时电池反应为FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
B．放电时电池内部Li＋向负极移动
C．充电时动力电池的阳极应与外接电源的正极相连
D．放电时，在正极上Li＋得电子被还原
2．(2022·湖南株洲市第一中学高二期末)锰酸锂是一种可充电锂离子电池的电极材料，该电池的反应方程式为Li1－xMn2O4＋LixC6LiMn2O4＋C6(x<1)。下列说法错误的是( )
A．放电时，b为正极，电极反应式为Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4
B．放电时，Li＋由a极区域移向b极区域
C．充电时，阴极电极反应式为C6＋xe－＋xLi＋===LixC6
D．充电时，b电极与电源的负极相连
3．下面是最近研发的Ca-LiFePO4可充电电池的工作示意图，锂离子导体膜只允许Li＋通过，电池反应为xCa2＋＋2LiFePO4xCa＋2Li1－xFePO4＋2xLi。下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为LiFePO4－xe－===2Li1－xFePO4＋xLi＋
B．充电时，Li1－xFePO4/LiFePO4电极发生Li＋脱嵌，放电时发生Li＋嵌入
C．充电时，当转移0.2 mol电子时，理论上左室中电解质的质量减轻2.6 g
D．LiPF6-LiAsF6为非水电解质，其与Li2SO4溶液的主要作用都是传递离子
4．化学家描绘出了一种使用DMSO(二甲亚砜)作为电解液，并用多孔黄金作为电极的锂-空气电池的实验模型，该电池放电时在多孔黄金上氧分子与锂离子反应，形成过氧化锂，其装置图如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．DMSO电解液能传递Li＋和电子，不能换成水溶液
B．该电池放电时每消耗2 mol O2，转移4 mol电子
C．给该锂-空气电池充电时，金属锂接电源的正极
D．多孔黄金为电池正极，电极反应式可能为O2＋4e－===2O2－
5．(2022·辽宁铁岭高二月考)我国科研团队对废旧锂电池进行回收，提取其中有效物质，经处理后合成了LiFe0.6Mn0.4PO4，并将其作为正极材料重新应用于锂离子电池中，下列说法正确的是( )
A．废旧锂电池中含有锂、有机电解质等物质，因此应在高温、通风条件下拆解电池，回收其中的锂
B．充电时，Li电极应与外加电源的正极相连
C．放电时，当电路中转移1 mol电子时，正极增重7 g
D．充电时，该电池总反应为Fe0.6Mn0.4PO4＋LiLiFe0.6Mn0.4PO4
二、离子隔膜电池
6．(2022·烟台高二期末)一种可充电的锌锰分液电池，其结构如图所示：
下列说法不正确的是( )
A．放电时，正极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O
B．充电时，Zn作阴极：[Zn(OH)4]2－＋2e－===Zn＋4OH－
C．离子交换膜a和b分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
D．充电过程中K2SO4溶液的浓度逐渐降低
7．全钒液流储能电池一次性充电后，续航能力可达1 000 km，而充电时间只需3～5 min，被誉为“完美电池”，其原理如图所示(已知溶液中V2＋呈紫色，V3＋呈绿色)。电池放电时，左槽溶液质量增加。下列说法正确的是( )
A．充电时的阴极反应：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
B．放电时的正极反应：V3＋＋e－===V2＋
C．放电过程中，右槽溶液由紫色变为绿色
D．若负载为用石墨电极电解食盐水的装置，生成4 g NaOH时该电池中消耗0.1 mol H＋
8．(2022·无锡调研)当前各种新型二次电池层出不穷，其中以Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池格外引人注意，其放电工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，正极反应式：Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－===Na2Fe[Fe(CN)6]
B．充电时，Mo箔接电源的负极
C．充电时，右室Na＋浓度减小
D．外电路中通过0.2 mol电子时，负极质量变化为4.8 g
三、蓄电池
9．科学家报道了一种新型可充电Na/Fe二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．放电时，电子由X极经溶液流向Y极
B．充电时，Y极的电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋
C．充电时，可用乙醇代替有机电解质溶液
D．电极材料的比能量：Na>Li
10．镁-锑液态金属电池是新型二次电池，白天利用太阳能给电池充电，夜晚电池可以给外电路供电。该电池利用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变，工作原理如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．放电时，Cl－向上层方向移动
B．放电时，Mg(液)层的质量减小
C．充电时，Mg-Sb(液)层作阴极
D．充电时，阴极的电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg
11．(2023·杭州调研)水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如图。该电池以粉末多孔锌电极(锌粉、活性炭及粘结剂等)和V2O5为电极，三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液，总反应为xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)。下列叙述错误的是( )
A．充电时，多孔锌电极连接电池的负极
B．放电时，V2O5电极上发生的反应为V2O5＋2e－＋xZn2＋===ZnxV2O5
C．充电时，Zn2＋通过阳膜由右池移向左池
D．理论上，充放电过程中电解质溶液的质量均未改变
12．(2022·济南高二检测)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流二次电池，该电池在使用前要先进行充电，如图为充电原理示意图，溴离子与碘分子结合成为I2Br－，可以增加电池容量。下列叙述不正确的是( )
A．充电时，a接外电源的正极，作阳极
B．充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化
C．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
D．放电时，贮液器d内c(Zn2＋)持续增大
13．(2022·四川遂宁中学高二期中)下图是Zn-空气二次电池(锌和铝的某些性质相似)，电池内聚丙烯酸钠吸收了KOH溶液形成导电凝胶。下列说法错误的是( )
A．放电时，K＋向Pt/C-RuO2电极移动
B．放电时，锌电极发生反应为Zn－2e－＋4OH－===ZnO＋2H2O
C．充电时，阳极附近pH减小
D．充电时，导线中每通过4 mol电子，阴极产生22.4 L(标准状况下)O2
14．(2022·福建三明高二期中)完成下列问题。
(1)如图所示的装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解。通电一段时间后，0.01 mol Fe2O3完全溶解。
①a是电源的________(填“正”或“负”)极。
②向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现________色。
③写出Fe2O3溶解的离子方程式：__________________________________________。
④电路中转移电子的数目至少是________。
⑤要使CuCl2溶液恢复到原来的浓度，需向溶液中加入________(填化学式)。
(2)某品牌全电动汽车使用的是钴酸锂(LiCoO2)电池，其工作原理如图，A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。隔膜只允许特定的离子通过，电池反应为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2，则放电时负极的电极反应式为________________________，充电时电极B应与电源的________(填“正”或“负”)极连接，该电极的电极反应式为________________________。
二次电池专练
1．C 2.D
3．A [放电时负极反应为Ca－2e－===Ca2＋，使左室中正电荷数目增多，锂离子导体膜只允许Li＋通过，使LiPF6 LiAsF6电解质中的Li＋通过锂离子导体膜移入右室，正极反应为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，电极发生Li＋嵌入，充电时，阳极发生：LiFePO4－xe－===
xLi＋＋Li1－xFePO4，电极发生Li＋脱嵌，转移0.2 mol电子时，有0.2 mol Li＋从右室通过锂离子导体膜移入左室，左室电解质中有0.1 mol Ca2＋得电子生成Ca沉积在钙电极上，故左室中电解质的质量减轻40 g·mol－1×0.1 mol－7 g·mol－1×0.2 mol＝2.6 g，A错误，B、C正确；钙与水能够剧烈反应，左室中的LiPF6 LiAsF6电解质一定为非水电解质，Li2SO4溶液为右室中的电解质溶液，主要作用都是传递离子，形成电流，构成闭合回路，D正确。]
4．B
5．C [在高温下Li与空气中的O2会发生反应，有机物在高温下会发生燃烧引发火灾，A错误；放电时锂电极为负极，充电时，Li电极应与外加电源的负极相连，B错误；放电时，负极上Li失去电子变为Li＋，负极反应式为Li－e－===Li＋，正极上Li＋嵌入正极材料中，因此当电路中转移1 mol电子时，正极增重7 g，C正确；充电时Li电极与电源负极连接，作阴极，在阴极上Li＋得到电子变为Li单质，故充电时总反应式为LiFe0.6Mn0.4PO4Fe0.6Mn0.4PO4＋Li，D错误。]
6．C 7.C
8．A [根据原电池工作原理，Mg箔作负极，Mo箔作正极，正极反应式为Fe＋2Na＋＋2e－===Na2Fe，A正确；充电时，电解池的阳极(原电池的正极)接电源的正极，即Mo箔接电源的正极，B错误；充电时，阳离子移向阴极，Na＋应从左室移向右室，右室Na＋浓度增大，C错误；负极上的电极反应式是2Mg－4e－＋2Cl－===2＋，外电路中通过0.2 mol电子时，消耗0.1 mol Mg，质量减少2.4 g，D错误。]
9．B [根据原电池工作原理图可知，X极上Na发生失电子的氧化反应，为负极，反应式为Na－e－===Na＋，Y极上发生得电子的还原反应，为正极，反应式为CaFeO3＋Na＋＋e－===CaFeO2.5＋0.5Na2O，充电时为电解池，原电池的负极连接电源的负极，阴、阳极的电极反应和放电时的负、正极反应相反，据此分析解答。放电时，X极上Na失电子，发生氧化反应，为负极，电子经导线从负极流向正极，A错误；充电时，Y极作阳极，电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋，B正确；Na能与乙醇反应，不能用乙醇代替有机电解质溶液，C错误；若Na和Li都失去1 mol电子，则电极材料中消耗Na的质量为23 g、Li的质量为7 g，单位质量金属放出的电能：Li＞Na，D错误。]
10．C 11.B
12．D [由充电原理示意图可知，锌极锌离子得到电子发生还原反应，为电解池的阴极，则a极为电解池的阳极，故充电时，a接外电源的正极，作阳极，A正确；充电时，b电极每增重0.65 g，转移电子的物质的量为×2＝0.02 mol，根据得失电子守恒可知，溶液中有0.02 mol I－被氧化，B正确；放电时，a电极为正极，发生还原反应，反应为I2Br－＋2e－===
2I－＋Br－，C正确；放电时，b极反应为Zn－2e－===Zn2＋，生成的锌离子通过阳离子交换膜进入正极区域，贮液器d内c(Zn2＋)不会持续增大，D错误。]
13．D
14．(1)①负 ②红 ③Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O ④0.06NA ⑤CuCl2
(2)LixC6－xe－===xLi＋＋C6 正 LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
解析 (1)通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，说明水在该极区失去电子生成了氧气和氢离子，生成的氢离子通过质子交换膜移向左侧，使Fe2O3逐渐溶解，则说明石墨电极Ⅱ为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极，铜离子优先得到电子生成铜单质，据此解答。④通电一段时间后，0.01 mol Fe2O3完全溶解，根据方程式Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O可知，消耗的氢离子的物质的量为0.06 mol，根据阳极电极反应式2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，电路中转移电子的数目至少是0.06NA。⑤石墨电极Ⅰ为阴极，铜离子优先得到电子生成铜单质，Cl－通过阴离子交换膜移向右侧，随着电解的进行，溶液中CuCl2的浓度逐渐减小，若要恢复到原来的浓度，需向溶液中加入CuCl2。
(2)根据电池反应知，负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，正极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，所以A是负极、B是正极，根据二次电池的工作原理结合原电池和电解池的工作原理来回答。
