2024年高中化学 第4章 第2节 二次电池

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二次电池专练

一、锂离子电池

1.新型LiFePC）4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

答案C

解析根据原电池的电极反应得到电池总反应：FePO4+Li=LiFePO4,则充电时电池反应

为LiFePC）4=FePO4+Li,A错误；根据原电池的正极反应：FePO4+Li++e-=LiFePO4

判断放电时电池内部Li+向正极移动，Li元素的化合价未变，铁元素得到电子，化合价发生

变化，B、D错误；充电时动力电池上的阳极应与外接电源的正极相连，发生氧化反应：LiFePC%

-e-=FePO4+Li+,C正确。

2.（2024・湖南株洲市第一中学高二期末）铳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LiirMn2O4+LixC6—疆匚LiMn2C）4+C6（x<l）。下列说法错误的是（）

离子交换膜

A.放电时，b为正极，电极反应式为LijMn2O4+xLi++xe-=LiMn2C）4

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+=Li&C6

D.充电时，b电极与电源的负极相连

答案D

解析根据题图中电子的流向可知b为正极，发生得电子的还原反应，电极反应式为Li一

+-

xMn2O4+xLi+xe^=LiMn2O4,A正确；原电池中阳离子向正极移动，故Li+由a极区域移

向b极区域，B正确；充电时，a为阴极，电极反应式为C6+xe-+xLi+-Li<：6,C正确；

充电时，原电池的负极与直流电源的负极相连，原电池的正极与直流电源的正极相连，故b

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电极与电源的正极相连，D错误。

3.下面是最近研发的Ca-LiFePCU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++2LiFePC>4□蒲口尤Ca+2LiiFePO4+2xLi+。下列说法错误的是（）

放电

钙充电

Lii-FePOJ

电

LiFePO电极

极4

LiPF6-LiAsF6

电解质导体膜溶液

A.放电时，负极反应为LiFePC）4—xe—-2LiiFePC）4+xLi+

B.充电时，Lii-FePCU/LiFePCU电极发生Li+脱嵌，放电时发生Li+嵌入

C.充电时，当转移0.2mol电子时，理论上左室中电解质的质量减轻2.6g

D.LiPF6-LiAsF6为非水电解质，其与Li2s。4溶液的主要作用都是传递离子

答案A

解析放电时负极反应为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Lil一

xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4,电极发生Li+嵌入，充电时，阳极发生：LiFePC»4-xe-==

xLi++Li1_.xFePO4,电极发生Li+脱嵌，转移0.2mol电子时，有0.2molLi+从右室通过锂离

子导体膜移入左室，左室电解质中有01molCa2+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40g-molTXO.lmol—7g-mol-iXO.2moi=2.6g,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，Li2s。4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.化学家描绘出了一种使用DMSO（二甲亚飒）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2mol。2,转移4moi电子

C.给该锂-空气电池充电时，金属锂接电源的正极

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D.多孔黄金为电池正极，电极反应式可能为C）2+4e-=202-

答案B

解析DMS0电解液能传递Li+,但不能传递电子，A错误；该电池放电时。2转化为。厂,

所以每消耗2moi。2,转移4moi电子，B正确；放电时，金属锂为负极，充电时，金属锂

应接电源的负极，C错误；多孔黄金为电池正极，电极反应式为2Li++O2+2e-=Li2（）2,D

错误。

5.（2024•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LiFeofMn。,4P。4,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（）

Li

电

极

锂离子导体膜

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1mol电子时，正极增重7g

申解

D.充电时，该电池总反应为FeofMnfuPOd+Li=LiFeo^Mno.4Po4

答案C

解析在高温下Li与空气中的会发生反应，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1mol电子时，正极增重7g,C正确；充电时Li电极与电源负极连接，作阴

申解

极，在阴极上Li+得到电子变为Li单质，故充电时总反应式为LiFeofMno.4Po4

Fe0.6Mno,4P04+Li,D错误。

二、离子隔膜电池

6.（2024•烟台高二期末）一种可充电的锌镒分液电池，其结构如图所示:

离子交换膜

■

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下列说法不正确的是（）

A.放电时，正极反应为MnC）2+4H++2e--Mn2++2H2。

B.充电时，Zn作阴极：[Zn（OH）4]2-+2b=Zn+40H-

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

答案C

解析放电时，Zn是负极、MnC>2是正极，根据图示正极反应为MnC>2+4H++2e-=Mn2++

2H2O,A正确；放电时，Zn是负极，充电时，Zn作阴极，根据图示，阴极反应式为[Zn（OH）4]2-+

2e-=Zn+4OH-,B正确；放电过程中，正极区SO厂通过离子交换膜a进入硫酸钾溶液,

负极区K+通过离子交换膜b进入硫酸钾溶液，a、b分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜，C

错误；充电过程中，K+通过离子交换膜b进入阴极区，SO仁通过离子交换膜a进入阳极区,

K2s。4溶液的浓度逐渐降低，D正确。

7.全钢液流储能电池一次性充电后，续航能力可达1000km,而充电时间只需3〜5min,

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（）

外加电源或负载

VOt/VO2+-S^H^^¥£HH-v3+/v2+

离子交换膜（只允许H+通过）

A.充电时的阴极反应：VO3+2H++e-=VO2++H2。

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4gNaOH时该电池中消耗0.1molH+

答案C

解析电池放电时，左槽溶液质量增加，发生反应V01+2H++b-VO2++H2O,左槽中

电极为正极，充电时，左槽中电极为阳极，右槽中电极为阴极，阴极反应为V3++e-===V2+,

故A、B错误；放电过程中，右槽中发生反应V2+—e-==V3+,溶液中V2+呈紫色，V3+呈绿

色，则右槽溶液由紫色变为绿色，故C正确；若负载为用石墨电极电解食盐水的装置，由2H2。

2

+2e-=2OH-+H2t、VO2+2H++e-=VO++H2O可知，生成1molNaOH转移1mol

电子，电池中消耗2moiH+,则生成4gNaOH（即0.1mol）时，该电池中消耗0.2molH+,故

D错误。

8.（2024・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（）

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2+

虺孤Fe[Fe(CN)e][Mg2Cl2]

离

子

<><Na2Fe[Fe(CN)()]

交

换

膜

Mo箔

含Na+的有机电解质

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0.2mol电子时，负极质量变化为4.8g

答案A

解析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[Fe(CN)6]+2Na++

2e-=Na2Fe[Fe(CN)6],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-+2C「=[Mg2cb]2+,外电路中通过

0.2mol电子时，消耗0.1molMg,质量减少2.4g,D错误。

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()

CaFeO

有机电解质溶液

CaFeO254-Na2O

X极Y极

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-=CaFeC)3+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

答案B

解析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-

=CaFeO25+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

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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1mol电子，则电极材料中消耗Na的质量为23g、

Li的质量为7g,单位质量金属放出的电能：Li>Na,D错误。

10.镁-睇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（）

Mg（液）

太

PI熔融NaCl、KC1、MgCl

电2

Mg-Sb（液）

A.放电时，C「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++2b=Mg

答案C

解析根据电流方向可知放电时Mg作负极、Mg-Sb作正极，则充电时Mg为阴极，Mg-Sb

为阳极。放电时为原电池，阴离子向负极移动，C「向上层方向移动，A正确；放电时Mg（液）

层为负极，电极反应：Mg_2e_^=Mg2+,产生的Mg2+移向中间层，质量减小，B正确；放

电时Mg作负极，发生电极反应：Mg—2b==Mg2+,则充电时为阴极，电极反应式为Mg2++

2e-=Mg,D正确。

11.（2024•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==Zn*V2C）5（s）。下列叙述错误的是（）

负载或电源h

粉末多孔锌电极VzCVZn^Qs

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V2（）5+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

答案B

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解析由放电时的总反应xZn+V2O5=ZnxV2C>5⑸可知，Zn失电子，作负极，V2O5发生还

原反应，作正极。充电时，粉末多孔锌电极为阴极，发生还原反应，连接电池的负极，A正

确；放电时，V2O5电极上发生的反应为V2O5+2xe-+xZn2+=Zn\.V2C）5,B错误；充电时，

阳离子向阴极移动，所以Z/+通过阳膜由右池移向左池，C正确；由放电总反应xZn+

V2O5-Zn.\.V2O5（s）可知，电解质溶液中的成分没有参加总反应，故充放电过程中电解质溶液

的质量均未改变，D正确。

12.（2024・济南高二检测）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘澳液流二次电池，该电

池在使用前要先进行充电，如图为充电原理示意图，澳离子与碘分子结合成为EBr-,可以增

加电池容量。下列叙述不正确的是（）

电源

贮

贮

液

液

器

器

Cd

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0.65g,溶液中有0.02mol「被氧化

C.放电时，a电极反应为bBr-+2e--2「+B「

D.放电时，贮液器d内c（Zn2+）持续增大

答案D

解析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

0.65g

0.65g,转移电子的物质的量为--------X2=0.02mol,根据得失电子守恒可知，溶液中有

65g-mol1

0.02mol「被氧化，B正确；放电时，a电极为正极，发生还原反应，反应为+25

=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&Zn2+）不会持续增大，D错误。

13.（2024•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（）

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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-=ZnOF+2H2。

C.充电时，阳极附近pH减小

D.充电时，导线中每通过4moi电子，阴极产生22.4L（标准状况下）。2

答案D

解析放电时Zn极为负极，Pt/C-RuC）2电极为正极，所以K+向Pt/C-RuC）2电极移动，A正确；

放电时，锌电极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为Zn-2b+4OH-=ZnO3-+2H2。,

B正确；充电时，阳极区的电极反应式为40H-—4e-==C>2t+2H2。，消耗氢氧根离子的同

时生成水，所以阳极附近pH减小，C正确；充电时，导线中每通过4moi电子，阳极产生氧

气的物质的量为1mol,所以标况下其体积为22.4L,D错误。

14.（2024•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H上有。2生成，Fe2C）3逐渐溶解。通电一段时间后,

0.01molFe2O3完全溶解。

直流电源工里

电极ir4@1电极n

IJ_______2___

CuQ,售，室患ffl&差刎普碑聋霭等Na2so“

阴离子交换膜质子交换膜浴液

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FezCh溶解的离子方程式：o

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