热点素材05 新能源汽车-2025年高考化学 热点 重点 难点 专练（上海专用）

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汽车是国民经济的重要支柱产业，是衡量一个国家工业化水平、综合经济实力和科技创新能力的重要指标，发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。十年来，中国汽车产业牢牢把握电动化、智能化、网联化转型的历史机遇，着力创新发展实现了换道超车，使新能源汽车成为举世瞩目的中国“新三样”之一。去年，中国汽车产业迈上年销3000万辆的新台阶，今年实现了新能源汽车年产量首次突破1000万辆，这标志着我国汽车产业迎来了快速发展的新阶段。
动力电池作为新能源汽车产业链中游最关键的零部件，中国在这一领域的发展已经迈入国际领先行列。我国已经建立起全球最全面、规模最大的动力电池产业链，覆盖从材料研发、电池制造、回收利用到设备支持的各个环节。在决定新能源汽车性能和续航能力的关键指标——能量密度方面，我国量产的三元电池单体能量密度已达到全球领先的300瓦时/公斤。以新能源车的核心部件之一动力电池为例，长安汽车打造领先电池系统“金钟罩”，应用新一代高能量密度磷酸铁锂电池，在隔热性能、低温充电性能、快充性能各方面实现大幅提升，实现电量30%到80%补能时间小于10分钟。最终带给用户“长寿命”“真安全”“超高效”“快补能”的全新体验。
新能源汽车在市场上普及，销量不断增长，电池报废量也不小。《中国新能源电池回收利用产业发展报告（2024）》显示，预计到2025年，报废新能源汽车的动力电池接近80万吨。在上海老港工业园区，国内首条自主研发的智能化新能源汽车拆解线上，拆卸下来的动力电池通过绿色低碳技术提取出镍、钴、锰、锂等再生材料，重新制备成动力电池的正极材料，实现了“从哪里来到哪里去”。
“绿色转型”内有乾坤，是实现高质量发展的关键环节。集中精力“练内功”，办好自己的事情，我国经济将持续展现新活力。
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考向01动力电池的研发
1．(2024·广东省东莞市高三教学质量检查)磷酸铁锂超充电池开启新能源汽车超充时代。下列说法正确的是( )
A．Li作原电池正极
B．该电池是一次电池
C．充电时由正极移向负极
D．充电时发生反应：LiFePO4+xe-= Li1-xFePO4+xLi+
【答案】C
【解析】磷酸铁锂超充电池中，Li作原电池负极，Li1-xFeO4为正极，反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反。A项，放电时，磷酸铁锂超充电池中，Li作原电池负极，故A错误；B项，可充电电池是二次电池，故B错误；C项，充电过程中为电解池，Li+由阳极区移向阴极区，即Li+由正极移向负极，故C正确；D项，充电时阳极与电源正极相连发生氧化反应，电极反应为：LiFePO4-xe-=xLi++Li1-xFePO4，故D错误；故选C。
2．(2025·山东省泰安第二中学月考)特斯拉全电动汽车使用的是LiCO2电池，工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．放电时电子由电极b通过外电路流向电极a，充电时电极b接电源负极
B．放电时，总反应为LiCO2+Cy= LixCy+ Li1-xCO2
C．充电时，阳极电极反应式为LiCO2-xe-=Li1-xCO2+xLi+
D．当电路中通过0.4ml电子时，有2.8g Li+迁移
【答案】B
【解析】由图中放电中离子流向可知，负极反应为LixCy失去电子发生氧化反应生成离子离子：LixCy-xe-= Cy+xLi+，正极反应Li1-xCO2得到电子发生还原反应生成LiCO2：Li1-xCO2+xLi++xe-=LiCO2，总反应为：LixCy+ Li1-xCO2= LiCO2+Cy；充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反。A项，放电时a为正极、b为负极，电子由电极b通过外电路流向电极a，充电时负极电极b接外解电源负极，A正确；B项，放电总反应为LixCy+ Li1-xCO2= LiCO2+Cy，B错误；C项，充电时，阳极失去电子发生氧化反应，结合分析，电极反应式为LiCO2-xe-=Li1-xCO2+xLi+，C正确；D项，当电路中通过0.4ml电子时，迁移的Li+质量为0.4ml×7g/ml=2.8g，D正确；故选B。
3．(2024·河南省信阳高级中学月考)LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车.某新能源汽车的电池负极材料是石墨，正极材料LiFePO4.正极材料充放电过程中晶胞结构变化如图所示.其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构.下列叙述不正确的是( )
A．(a)→(c)的过程是电池充电过程
B．(b)→(a)的电极反应式为：Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4，
C．每个图(a)晶胞中含有LiFePO4的单元数有4个
D．图(b)中n(Fe2＋)：n(Fe3＋)=3：13
【答案】D
【解析】A项，正极材料为LiFePO4，(a)→(c)的过程中得电子，是电池充电过程，故A正确；
B项，由图可知，(b)→(a)为Li1-xFePO4得到电子生成LiFePO4，电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4，故B正确；C项，由LiFePO4的晶胞结构可知，晶胞中位于顶点、面心和棱上的锂离子个数为，由化学式可知，晶胞中含有LiFePO4的单元数有4个，故C正确；D项，设Li1−xFePO4中Fe3＋的个数为a，由化合价代数和为0可得，解得a＝，则Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为＝13：3，故D错误，故选D。
4．(2024·河南省信阳高级中学月考)三元电池成为我国电动汽车的新能源，其正极材料可表示为，且x+y +z=1。充电时电池总反应为：LiNixCyMnzO2+6C(石墨)=Li1-aNixCyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子通过的隔膜。下列说法正确的是( )
A．放电时，正极反应式为Li1-aNixCyMnzO2＋aLi＋＋ae-=LiNixCyMnzO2
B．充电时，A为阴极，发生氧化反应
C．放电时，B为负极，发生氧化反应
D．允许离子通过的隔膜属于阴离子交换膜
【答案】A
【解析】电解池阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，A为阴极，B为阳极，原电池正极发生还原反应，负极发生氧化反应，A为负极，B为正极，根据充电时电池总反应为：LiNixCyMn2O2+6C(石墨)=Li1−aNixCyMnzO2+LiaC6，其正极材料可表示为LiNixCOyMnzO2，可知放电时负极反应式为LiaC6-ae-=6C(石墨)＋aLi＋，正极反应式为Li1-aNixCyMnzO2＋aLi＋＋ae-=LiNixCyMnzO2，X为Li+。A项，可知正极反应式为Li1-aNixCyMnzO2＋aLi＋＋ae-=LiNixCyMnzO2，A正确；B项，充电时负极连接阴极，A级为阴极，发生还原反应，B错误；C项，放电时，B为正极，发生还原反应，C错误；D项，根据分析可知离子X为Li＋，通过的隔膜属于阳离子交换膜，D错误；故选A。
5．(2025·江苏省镇江市三校、泰州市部分学校期中)铅蓄电池是汽车常用的蓄电池，其总反应：。下列说法不正确的是( )
A．放电时，当外电路上有2ml e-通过时，负极质量增加
B．放电时正极反应式PbO2+2e-+4H+=Pb2++2H2O
C．充电一段时间生成硫酸的物质的量增加
D．若用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水，每消耗，在阴极产生
【答案】B
【解析】A项，在铅酸电池中，Pb为负极，失去电子被氧化为PbSO4，电极反应式为：Pb-2e-+SO42-=PbSO4，电极由Pb→PbSO4，负极质量增加；外电路通过2ml电子时，负极板增加的质量为1ml×96g/ml=96g，A正确；B项，放电时，二氧化铅为正极，发生还原反应，电极反应式为：PbO2+2e-+4H++ SO42-=PbSO4+2H2O，B错误；C项，由题目所给的总反应可知，充电一段时间，生成硫酸的量增加，C正确；D项，每消耗1mlPb，转移的电子为2ml，电解饱和食盐水中，阴极反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-，即阴极产生2mlNaOH，D正确；故选B。
6．(2025·云南省普洱市月考)磷酸铁锂电池作为新能源汽车和储能领域的关键技术之一，其产量正在快速增长，具有工作电压高、能量密度大、安全性能好等特点。如图是磷酸铁锂电池的工作原理图，下列说法不正确的是( )
A．放电时，磷酸铁锂为电池的正极
B．充电时，磷酸铁锂上的电极反应式为LiFePO4-e-=FePO4+Li+
C．放电时，正极区域的pH减小
D．充电时，锂离子从磷酸铁锂中脱离出来，迁移到石墨层表面
【答案】C
【解析】由题干图示装置和电子移动方向可知，电池反应式为Li+FePO4LiFePO4，由图可知，左侧铜集流体电极为负极，电极反应式为Li-e-═Li+，右侧铝集流体电极为正极，电极反应式为FePO4+Li++e-═LiFePO4。A项，放电时，磷酸铁锂为电池的正极，A正确；B项，充电时，磷酸铁锂上的电极反应式为LiFePO4-e-=FePO4+Li+，B正确；C项，放电时，正极的电极反应式为FePO4+Li++e-═LiFePO4，且电解质不能是水溶液，即正极区域的pH不变，C错误；D项，充电时，锂离子从磷酸铁锂中脱离出来，迁移到阴极区，达到电子后进入石墨层表面，D正确；故选C。
7．(2025·湖南省湖湘教育三新协作体联考)中国全固态锂电池又有新突破，央视新闻报道，中国科学院青岛生物能源与过程研究所在全固态锂电池领域取得新突破，开发出了高能量密度、超长循环寿命的全固态锂电池。全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的 S8材料，电池反应为16Li+xS8=8Li2Sx，(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )
A．放电时，电子流向为b极→用电器→a极
B．电池充电时，a极发生的反应为2Li2S2-2e-=Li2S4 +2Li+
C．电池充电时，b极接外接电源的负极，每通过 0.04 ml电子b极增重 0.28 g
D．可将固态离子导体替换成水溶液电解质，对锂离子进行传导
【答案】D
【解析】从锂离子的移动方向可知，电极a为正极，电极b为负极，负极上Li失电子生成锂离子，电极反应为Li-e-=Li+，正极上S8得电子生成Li2Sx，电极反应为xS8+16 Li++16e-=8Li2Sx。A项，放电时，a极为正极，b极为负极；充电时，a极为阳极，b极为阴极。放电时，电子由负极b金属锂流出经外电路流入正极a，故A正确；B项，电池充电时，a是阳极，阳极上发生氧化反应，要失去电子，发生2Li2S2-2e-=Li2S4 +2Li+，故B正确；C项，充电时a为阳极，b是阴极，电池充电时，b极接外接电源的负极做阴极，阴极反应为：Li-e-=Li+，当外电路流过0.04ml电子时，生成的锂为0.04ml，b极增重的质量为，故C正确；D项，金属锂具有强还原性，可与水反应，因此不可替换成水溶液电解质，故D错误；故选：D。
8．(2024·山东省青岛市黄岛区等4地期末)电动汽车的迅速发展带来废旧电池回收利用的难题。通过电解可将旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的MnO2和可溶性的锂盐，工作原理如图(固体颗粒不能透过玻璃纤维，电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法错误的是( )
A．电极甲为阳极，发生氧化反应
B．电极乙的电极反应式：LiMn2O4+3e-+8H+=Li++2Mn2++4H2O
C．电解过程中Mn2+浓度保持不变
D．电解一段时间后溶液中pH保持不变
【答案】CD
【解析】由图可知，该装置为电解池，电极乙为与直流电源负极相连的阴极，酸性条件下，LiMn2O4在阴极得到电子发生还原反应生成锰离子，电极反应式为2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li++4Mn2++8H2O，电极甲为阳极，水分子作用下，锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，则电解的总反应方程式为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+3H2O。A项，电极甲为阳极，发生氧化反应，A正确；B项，电极乙的电极反应式为2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li++4Mn2++8H2O，B正确；C项，电解的总反应方程式为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+3H2O，反应生成了锰离子，溶液中锰离子浓度增大，C错误；D项，根据电解的总反应方程式为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+3H2O，反应消耗了氢离子，电解一段时间后溶液中pH增大，D错误；故选CD。
9．(2025·陕西省宝鸡市金台区宝鸡中学期中)第八届国际钠电池大会2023年9月22日首次在中国举行，钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低，可实现内快速充电。钠离子电池是利用在电极之间“嵌脱实现充放电(原理如图所示)，工作时总反应为 (M为一种过渡元素)。下列说法正确的是( )
A．放电时，Na+由的X极通过交换膜移向Y极
B．充电时，阳极反应式为
C．单位质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多的电量
D．用铅蓄电池对该钠离子电池充电，铅蓄电池中每消耗0.2ml铅，钠离子电池正极区域质量减少4.6g
【答案】B
【解析】放电时M元素化合价降低，故X电极为正极，Y电极为负极；充电时X电极与电源正极相连，为阳极，Y电极与电源负极相连，为阴极。A项，放电时，X为正极、Y为负极，Na+由的Y极通过交换膜移向X极，故A错误；B项，充电时，X为阳极，阳极失电子发生氧化反应，电极反应式为，故B正确；C项，23gNa失去1ml电子，7gLi失去1ml电子，单位质量的负极材料，锂离子电池比钠离子电池可以提供更多的电量，故C错误；D项，用铅蓄电池对该钠离子电池充电，铅蓄电池中每消耗0.2ml铅，电路中转移0.4ml电子，有0.4mlNa+由正极移向负极，钠离子电池正极区域质量减少9.2g，故D错误；故选B。
10．(2025·湖南省湘东十校高三联考)随着电动汽车市场的快速发展，电池的需求越来越高，钠离子电池具有资源丰富、安全性高、成本低等优势。钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，一种钠离子二次电池的结构示意图如图1所示，该电池的负极材料为NaxCy (嵌钠硬碳)，正极材料为Nax[MnFe（CN）6]，Nax[MnFe（CN）6]在充、放电过程中某时刻的晶胞示意图如图2所示。下列说法正确的是( )
A．钠离子电池的比能量(比能量是指单位质量电池所放出的能量)比锂离子电池高
B．充电时，每转移1ml电子，两个电极的质量变化相差
C．该时刻晶胞所示的Nax[MnFe（CN）6]中，x=2
D．放电时，a极电势高于b极电势，且a极电极反应式为NaxCy-xe-= Cy+xNa+
【答案】B
【解析】A项，比能量是指单位质量电池所放出的能量，钠离子电池的能量密度比锂离子电池的低，则钠离子电池的比能量比锂离子电池的低，A错误；B项，充电时，阳极失去电子并释放出Na+，每转移1ml电子，释放1mlNa+1，阳极质量减轻23g，阴极得到电子结合Na+变成NaxCy，所以阴极的质量增加23g，B正确；C项，根据该时刻晶胞示意图可知，锰离子数为、Na+的数目为4，所以Nax[MnFe（CN）6]中，x=1，C错误；D项，放电时，a极为负极，b极为正极，a极电势低于b极电势，a极电极反应式为NaxCy-xe-= Cy+xNa+，D错误；故选B。
考向02 废旧电池的回收与利用
11．(2024·湖南省娄底市高三联考)约翰等化学家在锂电池研发中做出的突出贡献，获得2019年诺贝尔化学奖；锂电池是新能源汽车的动力电池之一，主要以磷酸亚铁锂LiFePO4为原料。以下是在锂电池废料中回收锂和正极金属，流程如下，下列叙述正确的是( )
A．上述流程中可用NaNO3代替Na2CO3
B．废旧电池属于湿垃圾，可通过掩埋土壤中进行处理
C．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
D．“沉淀”反应的金属离子为Fe2+
【答案】C
【解析】正极片碱溶时铝转化为偏铝酸钠，滤渣中含有磷酸亚铁锂，加入硫酸和硝酸酸溶，过滤后滤渣是炭黑，得到含Li、P、Fe的滤液，加入碱液生成氢氧化铁沉淀，滤液中加入碳酸钠生成含锂的沉淀。A项，硝酸锂能溶于水，因此上述流程中不能用硝酸钠代替碳酸钠，A错误；B项，废旧电池中含有重金属，随意排放容易污染环境，B错误；C项，根据流程的转化可知从正极片中可回收的金属元素有Al、Fe、Li，C正确；D项，加入碱液生成氢氧化铁沉淀，因此“沉淀”反应的金属离子是Fe3+，D错误；故选C。
12．(2024·山西省吕梁市孝义市期末)2019年诺贝尔化学奖授予英国科学家古德纳夫及另外两位科学家，以表彰他们在锂离子电池研究中的杰出贡献。新能源汽车的核心部件是锂离子电池，磷酸亚铁锂(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特征、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新宠”。
【方法一】制备流程如图。
(1)写出“沉铁”过程中的离子方程式： 。
(2)可循环利用的物质是 (写化学式)。
(3)“煅烧”中生成1mlLiFePO4的同时产生CO2在标准状况下的体积为 。
【方法二】钛铁矿为铁源，Li2CO3、碳粉等原料来生产磷酸亚铁锂。其主要工艺流程如图：
已知：①滤液的主要成分是：TiOCl42-、Fe2+，还含有少量Fe3+、Mg2+、Ca2+；
②滤渣的成分是TiO2；滤液中c(Fe2+)=0.25ml·L-1，c(Ca2+)=0.0056ml·L-1，c(Mg2+)=0.068ml·L-1；
③残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10-5ml·L-1，说明该离子沉淀完全；
几种物质的Ksp
(4)写出生成滤渣的离子方程式： 。
(5)通过计算判断实际工业生产方案中得到FePO4的过程中是否会引入其他杂质 ？
(6)写出在高温下生成磷酸亚铁锂的化学方程式： 。
(7)磷酸亚铁锂锂离子电池工作原理如图所示，写出正极的电极反应式： 。
【答案】(1) 2Fe2++H2O2+2H3PO3=2FePO4↓+4H++2H2O
(2)H2SO4 (3)33.6
(4) TiOCl42-+H2O=2H++ 4Cl-+ TiO2↓
(5) Fe3+沉淀完全时浓度小于1.0×10-5ml·L-1，此时，根据，，可知此条件下并不会产生Mg3(PO4)2和Ca3(PO4)2沉淀
(6) 2FePO4+Li2CO3+2CLiFePO4+3CO↑
(7) Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4
【解析】方法一：由流程可知，铁屑中接入稀硫酸，得到硫酸亚铁，而后加入双氧水、磷酸可得到磷酸铁，料液中含有硫酸可循环使用，磷酸铁中加入碳酸锂和适量草酸进行煅烧，最终产生LiFePO4；方法二：钛铁矿中加入浓盐酸反应，经过过滤后，得到的滤液I中主要包括Fe2+、Mg2+、Ca2+、TiOCl42-，也产生了不与盐酸反应的滤渣，滤液I中尽显加热而后过滤，滤渣Ⅱ的成分是TiO2，可知是TiOCl42-水解产生，滤液Ⅱ加入试剂A，将二价铁转化为得到FePO4沉铁，过滤后，FePO4与Li2CO3和过量碳粉在高温下反应得到LiFePO4。(1)根据题中流程可知，“沉铁”过程中加入双氧水、磷酸可得到磷酸铁，发生反应为：2Fe2++H2O2+2H3PO3=2FePO4↓+4H++2H2O。(2)根据分析可知，可循环利用的物质是H2SO4。(3)“煅烧”时发生的反应为：2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4↓+3CO2↑+H2O，根据LiFePO4~CO2可知，生成1mlLiFePO4的同时产生CO2在标准状况下的体积为。(4)TiOCl42-水解产生TiO2，反应离子方程式为：TiOCl42-+H2O=2H++ 4Cl-+ TiO2↓。(5)根据题中所给数据，Fe3+沉淀完全时浓度小于1.0×10-5ml·L-1，此时，根据，，可知此条件下并不会产生Mg3(PO4)2和Ca3(PO4)2沉淀。(6)FePO4与Li2CO3和过量碳粉在高温下反应得到LiFePO4、CO，反应为：2FePO4+Li2CO3+2CLiFePO4+3CO↑。(7)根据图中装置可知，由于LixC6在负极失电子产生Li+，磷酸铁锂电极则为正极，发生还原反应，Li1-xFePO4在正极得电子产生LiFePO4，电极反应式为：Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4。
13．(2024·四川省大数据精准教学联盟高三第二次统一监测)随着我国新能源汽车保有量的快速增长，废旧电池的回收处理问题受到广泛关注。回收处理废旧锂电池获得高纯Cu2O和Li2CO3的工艺流程如下图所示。
已知：
ⅰ.酸浸液中的主要离子浓度如下表：
ⅱ.完全除去镍、钴、锰，需控制溶液pH≥10.5。
回答下列问题：
(1)“酸浸”时，为提高浸出率，可采取的措施是 (写出两点即可)。酸浸液中c(Li+)= ml/L。
(2)“除铜”时，反应生成Cu2O和SO2的离子方程式为 。该过程需要控制pH为2.5左右，当pH