2022新高考化学微题型《加练半小时》第6章微题型57基于锂、钠、铁、镍等新型高能的化学电源

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A．过程Ⅰ得到的Li3N的电子式为
B．过程Ⅱ生成W的反应为Li3N＋3H2O===3LiOH＋NH3↑
C．反应Ⅲ中能量转化的方式是电能转变为化学能
D．过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为氧化还原反应
2．据报道，我国已研制出“可充室温钠—二氧化碳电池”，电极材料为钠金属片和碳钠米管，电解液为高氯酸钠—四甘醇二甲醚，电池总反应为4Na＋3CO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2Na2CO3＋C，生成固体Na2CO3沉积在碳钠米管上。下列叙述不正确的是( )
A．放电时钠金属片发生氧化反应
B．充电时碳钠米管接直流电源的正极
C．充电时的阳极反应为C＋2Na2CO3－4e－===3CO2↑＋4Na＋
D．放电时每消耗3mlCO2，转移12ml电子
3．(2020·陕西汉中高三一模)某种钠—空气水电池的充、放电过程原理示意图如图所示，下列有关说法错误的是( )
A．放电时，Na＋向正极移动
B．放电时，电子由钠箔经过导线流向碳纸
C．充电时，当有0.1mle－通过导线时，则钠箔增重2.3g
D．充电时，碳纸与电源负极相连，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
4．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列叙述正确的是( )
A．放电时Zn是正极
B．放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
C．充电时Fe(OH)3被还原
D．充电时电解液的碱性增强
5．(2021·武汉月考)三元锂电池是以镍钴锰为正极材料的新型电池，镍钴锰材料可表示为Li1－nNixCyMnzO2，x＋y＋z＝1，通常简写为Li1－nMO2，Ni、C、Mn三种元素分别显＋2、＋3、＋4价。其充电时总反应为LiMO2＋C6eq \(=====,\s\up7(通电))Li1－nMO2＋LinC6。下列说法错误的是( )
A．放电和充电时，电解液的主要作用都是传递离子，构成闭合回路
B．在Li1－nMO2材料中，若x∶y∶z＝2∶3∶5，则n＝0.3
C．放电时，正极反应为Li1－nMO2＋nLi＋＋ne－===LiMO2
D．充电时，当转移0.2aml电子，负极材料减重1.4ag
6．一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH溶液中，分别向两极通入乙烷(C2H6)和氧气，其中某一电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2COeq \\al(2－,3)＋12H2O。有关此电池的推断不正确的是( )
A．通入氧气的电极为正极
B．参加反应的O2与C2H6的物质的量之比为7∶2
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度将下降
D．放电一段时间后，正极区附近溶液的pH减小
7．(2020·深圳市高级中学高三开学考试)装置为锂钒氧化物二次电池，其成本较低，且对环境无污染：V2O5＋xLieq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))LixV2O5；在下图中用该电池电解含镍酸性废水可得到单质镍。下列说法正确的是( )
A．该电池充电时，B电极的电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋
B．锂钒氧化物二次电池可以用LiCl水溶液作为电解液
C．电解过程中，b中NaCl溶液的物质的量浓度会增大
D．当锂钒氧化物二次电池中有7gLi参与放电时，一定能得到29.35g镍
8．新型锂离子电池材料Li2MSiO4(M为Fe，C，Mn，Cu等)是一种发展潜力很大的电池电极材料。工业制备Li2MSiO4有两种方法。
方法一 固相法：2Li2SiO3＋FeSO4eq \(=======,\s\up7(惰性气体),\s\d5(高温))Li2FeSiO4＋Li2SO4＋SiO2。
方法二 溶胶—凝胶法：CH3COOLi、Fe(NO3)3、Si(OC2H5)4等试剂eq \(――――→,\s\up7(溶液),\s\d5(适当条件))胶体eq \(――→,\s\up7(干燥))干凝胶eq \(――→,\s\up7(热处理))Li2FeSiO4。
(1)固相法中制备Li2FeSiO4过程采用惰性气体气氛，其原因是________________________________________________________________________。
(2)溶胶—凝胶法中，检查溶液中有胶体生成的方法是
________________________________________________________________________；
生产中，生成1mlLi2FeSiO4整个过程转移电子的物质的量为________ml。
(3)以Li2FeSiO4和嵌有Li的石墨为电极材料，含锂的导电固体作电解质，构成电池的总反应式为Li＋LiFeSiO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Li2FeSiO4，则该电池的负极是________；充电时，阳极的电极反应式为________________________________________________________________________。
(4)使用(3)组装的电池必须先________。
9．(2020·甘肃高三期中)钠硫电池作为一种新型储能电池，其应用逐渐得到重视和发展。
(1)Al(NO3)3是制备钠硫电池部件的原料之一。由于Al(NO3)3容易吸收环境中的水分，需要对其进行定量分析。具体步骤如下图所示：
①加入试剂a后发生反应的离子方程式为_____________________________________
________________________________________________________________________。
②操作b为________，操作c为________。
③Al(NO3)3待测液中，c(Al3＋)＝__________ml·L－1(用m、V表示)。
(2)钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Na＋)为电解质，其反应原理如下图所示：
①根据下表数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在________范围内(填字母)。
a.100℃以下b．100～300℃
c．300～350℃d．350～2050℃
②放电时，电极A为________极。
③放电时，内电路中Na＋的移动方向为________(填“从A到B”或“从B到A”)。
④充电时，总反应为Na2Sx===2Na＋xS(310．世界能源消费的90%以上依靠化学技术。
(1)工业制氢的一个重要反应是利用CO还原H2O(g)。已知：
C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－394kJ·ml－1
2C(石墨，s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－222kJ·ml－1
H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242kJ·ml－1
则CO还原H2O(g)的热化学方程式为________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)氢能被视为最具发展潜力的绿色能源，写出碱式氢氧燃料电池工作时的负极电极反应式：________________________________________________________________________。
(3)一种新型锂离子二次电池——磷酸铁锂(LiFePO4)电池。作为正极材料的磷酸铁锂在充、放电时的局部放大示意图如下图，写出该电池充电时的阳极电极反应式：
________________________________________________________________________。
(4)LiOH是制备锂离子电池正极材料的重要原料，其电解法制备装置如右图。气体a通入淀粉­KI溶液中，发现溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色逐渐褪去。则M极为电源的________(填“正”或“负”)极，B极区电解液为________________(填化学式)溶液，该离子交换膜是__________(填“阳”或“阴”)离子交换膜，解释蓝色褪去的原因________________________________________________________________________。
11．(2020·北京海淀高三一模)镍镉电池是应用广泛的二次电池，其总反应为：
Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2Ni(OH)2＋Cd(OH)2
制造密封式镍镉电池的部分工艺如下：
Ⅰ.Ni(OH)2的制备
以硫酸镍(NiSO4)为原料制备Ni(OH)2的主要过程如下图所示。制备过程中，降低Ni(OH)2沉淀速率，可以避免沉淀团聚，提升电池性能。
已知：Ni2＋＋6NH3·H2O[Ni(NH3)6]2＋＋6H2O
(1)操作a是________。
(2)制备过程中，需先加氨水，再加过量NaOH，请分析：
①先加氨水的目的是___________________________________________________________。
②用化学平衡移动原理分析加入NaOH需过量的原因是
________________________________________________________________________。
(3)用无水乙醇代替水洗涤滤渣的优点是____________________________________________
(答出1条即可)。
Ⅱ.镍镉电池的组装
主要步骤：①将Ni(OH)2和Cd(OH)2固定，中间以隔膜隔开(如图所示)；②将多组上述结构串联；③向电池中注入KOH溶液；④密封。
(4)下列对镍镉电池组装和使用的分析正确的是______(填字母)。
a．密封镍镉电池可以避免KOH变质
b．镍电极为电池的负极，镉电极为电池的正极
c．电池组装后，应先充电，再使用
Ⅲ.过度充电的保护
电池充电时，若Cd(OH)2和Ni(OH)2耗尽后继续充电，会造成安全隐患，称为过度充电。制造电池时，在镉电极加入过量的Cd(OH)2可对电池进行过度充电保护，该方法称为镉氧循环法。
(5)Cd(OH)2耗尽后继续充电，镉电极上生成的物质为________。
(6)已知：①隔膜可以透过阴离子和分子，②O2可以与Cd发生反应生成Cd(OH)2。请结合两个电极上的电极反应式说明用镉氧循环法实现过度充电保护的原理：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案精析
1．D
2．D [放电时钠金属片作负极，失去电子发生氧化反应，故A正确；原电池中正极上CO2得到电子，则充电时碳纳米管接直流电源的正极，故B正确；充电为电解池，阳极与正极相连，阳极失去电子发生氧化反应，则阳极反应为C＋2Na2CO3－4e－===3CO2↑＋4Na＋，故C正确；放电时每消耗3mlCO2,4mlNa失去电子，转移4ml电子，故D错误。]
3．D [放电时，电解质溶液中阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，A项正确；电池放电时，钠箔为负极，碳纸为正极，电子在外电路中迁移方向是从负极流向正极，B项正确；充电时，钠箔发生的电极反应为Na＋＋e－===Na，所以若有0.1mle－通过导线，钠箔处就会析出0.1ml的钠单质，质量增加2.3g，C项正确；碳纸在电池放电时为正极，所以充电时应与电源的正极相连，电极连接错误；但此选项中电极反应式书写是正确的，D项错误。]
4．B [放电时，Zn失去电子，发生氧化反应，所以作负极，A错误；根据总的反应方程式可知，放电时负极发生的反应是Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，B正确；充电时，Fe元素的化合价从＋3价升高到＋6价，被氧化，C错误；充电时，溶液由碱性变为中性，则溶液的碱性减弱，D错误。]
5．D [放电和充电时，电解液中离子通过定向移动，构成闭合回路，A正确；Li1－nNixCyMnzO2中根据化合物正负化合价代数和为0计算，1－n＋2×eq \f(2,2＋3＋5)＋3×eq \f(3,2＋3＋5)＋4×eq \f(5,2＋3＋5)－2×2＝0，得出n＝0.3，B正确；放电时，正极发生还原反应，得电子，电极反应式为Li1－nMO2＋nLi＋＋ne－===LiMO2，C正确；充电时，负极得电子，电极反应为nLi＋＋C6＋ne－===LinC6，当转移0.2aml电子，负极材料增重1.4ag，D错误。]
6．D [通入乙烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，A项正确；1ml乙烷参与反应时转移14ml电子，则参与反应的氧气的量为eq \f(14ml,4)＝eq \f(7,2)ml，参加反应的O2与乙烷物质的量之比为7∶2，B项正确；电池总反应为2C2H6＋7O2＋8OH－===4COeq \\al(2－,3)＋10H2O，氢氧化钾被消耗，KOH的物质的量浓度将下降，C项正确；正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，放电一段时间后正极区的c(OH－)增大，则pH增大，D项错误。]
7．C [该电池充电时，A为阳极，阳极上LixV2O5失电子，电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，B电极为阴极，电极反应式为Li＋＋e－===Li，A错误；Li是活泼金属，能与水反应而自损，所以锂钒氧化物二次电池不能用LiCl水溶液作为电解液，B错误；电解过程中，a中Na＋透过阳离子膜进入b中，c中Cl－透过阴离子膜进入b中，使b中NaCl溶液的物质的量浓度增大，C正确；当锂钒氧化物二次电池中有7gLi参与放电时，转移电子为1ml，随着电解的进行，c(Ni2＋)减小，H＋的放电能力大于Ni2＋，所以得到Ni的质量小于或等于eq \f(1,2)×1ml×58.7g·ml－1＝29.35g，D错误。]
8．(1)防止Fe2＋被氧化成Fe3＋ (2)用一束强光照射溶液，从侧面能观察到一条光亮的通路 1 (3)嵌有Li的石墨 Li2FeSiO4－e－===LiFeSiO4＋Li＋ (4)充电
解析 (1)Fe2＋易被氧化成Fe3＋，加热时需隔绝空气。(2)胶体的特性是丁达尔效应。根据Fe(NO3)3～e－～Li2FeSiO4，生成1mlLi2FeSiO4转移1ml电子。(3)负极失电子发生氧化反应，应是嵌有Li的石墨作负极。Li2FeSiO4在阳极失电子发生氧化反应。(4)该电池组装后没有LiFeSiO4，所以不能放电，充电后产生LiFeSiO4才可以放电。
9．(1)①Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4) ②过滤洗涤 灼烧(或加热)、冷却 ③eq \f(1000m,51V) (2)①c ②负 ③从A到B ④Seq \\al(2－,x)－2e－===xS
解析 (1)①由操作流程可知实验原理是Al(NO3)3和氨水反应生成Al(OH)3，试剂a为氨水，反应的方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)。②Al(OH)3经过滤、洗涤、灼烧后生成Al2O3，冷却后称量。③n(Al2O3)＝eq \f(mg,102g·ml－1)＝eq \f(m,102)ml，则n[Al(NO3)3]＝2n(Al2O3)＝eq \f(m,51)ml，c[Al(NO3)3]＝eq \f(\f(m,51) ml,V×10－3L)＝eq \f(1000m,51V)ml·L－1。
(2)①原电池工作时，控制的温度应为满足Na、S为熔融状态，则温度应高于115℃而低于444.6℃，只有c符合。②放电时，Na被氧化，应为原电池负极。③阳离子向正极移动，即从A到B。④充电时，是电解池反应，阳极反应为Seq \\al(2－,x)－2e－===xS。
10．(1)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41kJ·ml－1 (2)H2－2e－＋2OH－===2H2O (3)LiFePO4－xe－===Li(1－x)FePO4＋xLi＋ (4)负 LiCl 阳 氯气将生成的I2继续氧化为更高价态的碘的化合物
解析 (1)已知在25℃时：①C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－394kJ·ml－1，②2C(石墨，s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2＝－222kJ·ml－1，③H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH3＝－242kJ·ml－1，由盖斯定律，①－③－②×eq \f(1,2)得：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)，故ΔH＝ΔH1－ΔH3－eq \f(1,2)ΔH2＝－394kJ·ml－1－(－242kJ·ml－1)－(－111kJ·ml－1)＝－41kJ·ml－1。
(2)燃料电池的负极上是氢气发生失电子的氧化反应，根据电解质是碱性环境，所以负极的电极反应式：H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(3)充电时发生氧化反应的为阳极，电极反应式为LiFePO4－xe－===Li(1－x)FePO4＋xLi＋。
(4)电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，由图可知，左侧生成氢气，则B中氢离子放电，可知A为阴极，M是负极，在A中制备LiOH，Li＋由B经过阳离子交换膜向A移动，离子交换膜是阳离子交换膜；B中为LiCl溶液，氯离子放电生成氯气，Cl2将I2氧化成更高价态的碘的化合物，导致蓝色褪去。
11．(1)过滤 (2)①可使Ni2＋发生反应转化为[Ni(NH3)6]2＋，降低溶液中Ni2＋的浓度 ②加入NaOH后，溶液中存在两个平衡，平衡①：Ni2＋(aq)＋2OH－(aq)Ni(OH)2(s)，平衡②：Ni2＋＋6NH3·H2O[Ni(NH3)6]2＋＋6H2O；OH－过量，使平衡①正向移动，溶液中Ni2＋的浓度减小，促使平衡②逆向移动，从而提高Ni(OH)2的产率 (3)除去Ni(OH)2表面的水分(或乙醇易挥发，有利于真空干燥；降低Ni(OH)2的溶解度) (4)ac (5)H2(或氢气) (6)过度充电时，由于镉电极Cd(OH)2过量，阴极电极反应为2Cd(OH)2＋4e－===2Cd＋4OH－，避免生成H2，阳极电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；O2通过隔膜进入阴极室，与Cd发生反应2Cd＋O2＋2H2O===2Cd(OH)2，可继续作为阴极反应物，OH－透过隔膜进入阳极室补充消耗的OH－，使反应循环发生
解析 (1)从工艺流程图操作a后续使用无水乙醇洗涤滤渣，可逆推分析得知操作a是过滤。(2)从题干信息：Ni2＋＋6NH3·H2O[Ni(NH3)6]2＋＋6H2O可知，制备过程中，需先加氨水使Ni2＋发生反应转化为[Ni(NH3)6]2＋，降低溶液中Ni2＋的浓度，再加入NaOH时可减慢Ni(OH)2的沉降速率。(3)用无水乙醇代替水洗涤滤渣的优点是乙醇易挥发，有利于真空干燥，除去Ni(OH)2表面的水分，降低Ni(OH)2的溶解度。(4)密封镍镉电池可以避免空气中二氧化碳与KOH反应生成碳酸钾而变质，a项正确；通过Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2Ni(OH)2＋Cd(OH)2可以判断电池的电极，放电时镉电极是负极，镍电极是正极，b项错误；电池组装后，应先充电，再使用，c项正确。(5)Cd(OH)2耗尽后继续充电，水中氢离子放电生成氢气，所以镉电极上生成的物质为H2。(6)过度充电时，由于镉电极Cd(OH)2过量，阴极电极反应为2Cd(OH)2＋4e－===2Cd＋4OH－，避免生成H2，阳极电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；O2通过隔膜进入阴极室，与Cd发生反应2Cd＋O2＋2H2O===2Cd(OH)2，可继续作为阴极反应物，OH－透过隔膜进入阳极室补充消耗的OH－，使反应循环发生。
物质
Na
S
Al2O3
熔点/℃
97.8
115
2050
沸点/℃
892
444.6
2980