资源简介 四、与晶胞结构融合的电化学题专练1.(2025·内蒙古模拟)介孔Cu2-xSe纳米晶可用作钠离子电池正极材料,充放电过程中其晶胞的组成变化如图所示(Cu2-xSe晶胞内未填Cu原子的正四面体空隙,称为空位)。下列说法错误的是( )A.充放电时,Na+移动方向与电流方向一致B.图中两次放电生成的0价Cu原子数相同C.x=0.5时,Cu2-xSe晶胞中空位、Cu+和Cu2+数目之比为1∶2∶1D.若Cu2-xSe晶胞参数为a nm,则Cu+(或Cu2+)、Se2-之间最短距离为a nm2.(2025·安徽黄山二模)我国科学家利用人工智能,设计出三氟甲基亚磺酸锂(CF3SO2Li),将其注入废旧电池,其通过不可逆氧化释放锂离子,分解产物(如SO2等)可通过电池排气系统排出,实现零残留。某种镍钴锰酸锂正极材料在补充CF3SO2Li(打针)前后晶胞变化如图所示。下列说法错误的是( )A.注入CF3SO2Li,延长锂离子电池使用寿命B.CF3SO2Li中S为+4价C.打针过程中,过渡金属化合价降低D.打针后,晶胞的化学式为LiMO2(M代表Co、Ni和Mn)3.(2025·北京清华大学附中三模)一种钾离子电池正极材料钾锰铁基普鲁士白[K2MnFe(CN)6]充电或放电时变化如图所示,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为晶胞俯视图。下列说法中错误的是( )A.Ⅰ晶胞中K数目为8B.Ⅱ→Ⅲ过程中Fe或Mn的价态升高C.每个晶胞Ⅰ完全转化为晶胞Ⅱ,转移电子数为4D.晶胞Ⅲ中π键数目为244.(2025·湖南湘东十校联考)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1 mol电子,两个电极的质量变化相差46 gC.该时刻晶胞所示的Nax[MnFe(CN)6]中,x=2D.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+5.(2025·安徽名校一模)水溶液锌电池(图1)的电极材料是研究热点之一、一种在晶体MnO中嵌入Zn2+的电极材料充放电过程的原理如图2所示。下列叙述中正确的是( )A.①为MnO活化过程,其中Mn的价态不变 B.该材料在锌电池中作为负极材料C.②代表电池放电过程 D.③中1 mol晶体转移的电子数为0.61 mol6.(2025·浙江宁波模拟)CuFeS2中嵌入Na+后形成的化合物X可以用作二次电池正极材料。X的晶胞投影图如图1、图2所示。已知X晶体中Fe、Cu原子个数比为1∶1,下列说法不正确的是( )A.X的晶胞可表示为图3B.该晶胞中与硫离子距离最近且等距离的钠离子有6个C.充电时,Na+从X晶体中脱嵌,X发生氧化反应D.X在空气中加热可能生成Cu2O和Fe3O47.(2025·湖北黄冈二模)水系镁离子电池正极材料的化学式可表示为MgxCuFe(CN)y,其立方晶胞结构如图1所示,晶胞参数为a pm,俯视时Mg2+的位置如图2所示。电池放电过程中,电解液中的Mg2+会不断嵌入小立方体中心,晶胞中Fe3+和Fe2+含量发生变化,当电池放电完全时,形成Mgx'CuFe(CN)y。下列说法错误的是( )A.晶胞中两个Mg2+之间的距离为a pmB.电池正极材料的化学式可表示为MgCu2Fe2(CN)9C.x∶x'=D.Fe3+或Fe2+位于Cu2+所构成的八面体空隙8.(2025·湖北新八校协作体联考)研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物,其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti为+4价,La为+3价。下列说法错误的是( )A.Ti位于O原子形成的正八面体空隙B.若x=0.25,Li+与空位的个数比为2∶3C.LixLayTiO3立方晶胞在体对角线方向上的投影图为D.导电时,空位移动方向与电流方向相反9.(2024·吉林高考14题)某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是( )A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8B.晶胞2中S与S的最短距离为aC.晶胞2中距Li最近的S有4个D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体四、与晶胞结构融合的电化学题专练1.B 电流方向与阳离子移动方向一致,A正确;结合化学式,由Cu原子守恒知,第1次放电生成0价Cu原子个数为1-x,第2次放电生成0价Cu原子个数为1,B错误;由晶胞结构知,正四面体空隙共8个,又位于顶点和面心的Se2-个数为8×+6×=4,结合化学式Cu2-xSe,知晶胞内含(8-4x)个Cu,设1个Cu2-xSe晶胞中Cu2+和Cu+个数分别为a和b,则a+b=8-4x,由元素化合价代数和为0得2a+b=4×2,解得a=4x、b=8-8x、空位数为8-a-b=4x,故x=0.5时Cu2-xSe晶胞中空位、Cu+和Cu2+数目之比为1∶2∶1,C正确;Cu+(或Cu2+)、Se2-之间最短距离为晶胞体对角线长的,则Cu+(或Cu2+)、Se2-之间最短距离为a nm,D正确。2.B 注入CF3SO2Li,释放锂离子,可以延长锂离子电池使用寿命,A正确;根据CF3SO2Li中Li为+1价,O为-2价,C为+4价,F为-1价,可以得出S为+2价,B错误;打针过程中,化学式由LiM3O6转化为LiMO2,过渡金属化合价降低,C正确;打针后,晶胞的化学式为LiMO2(M代表Co、Ni和Mn),D正确。3.D 钾锰铁基普鲁士白[K2MnFe(CN)6]是一种钾离子电池正极材料,充电时装置为电解池,其为阳极,失去电子发生氧化反应,充电随着K+脱出,其结构由Ⅰ经Ⅱ最终转变为Ⅲ,则Ⅲ转化为Ⅰ是原电池放电过程。据“均摊法”,晶胞Ⅱ中含12×+1=4个FeC6、8×+6×=4个MnN6、4个K,则晶胞Ⅰ中也含有4个FeC6,由钾锰铁基普鲁士白的化学式[K2MnFe(CN)6]可知,晶胞中含有8个K,A正确;Ⅱ→Ⅲ过程中为充电过程,阳极发生氧化反应,则Fe或Mn的价态升高,B正确;每个晶胞Ⅰ完全转化为晶胞Ⅱ,有4个K+脱出,则Fe或Mn的价态升高4,转移电子数为4,C正确;晶胞Ⅲ中有24个CN-,CN-中含有碳氮三键,1个三键含有1个σ键、2个π键,则其中π键数目为48,D错误。4.B 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;充电时,阳极失去电子并释放出Na+,每转移1 mol电子,释放1 mol Na+,阳极质量减轻23 g,阴极得到电子结合Na+变成NaxCy,所以阴极的质量增加23 g,B正确;根据该时刻晶胞示意图可知,锰离子数为8×+6×=4、Na+的数目为4,所以Nax[MnFe(CN)6]中,x=1,C错误;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。5.C ①过程中MnO晶胞中体心的Mn2+失去,产生空位,该过程为MnO活化过程,根据化合物化合价为0可知,Mn元素化合价一定发生变化,A错误;锌电池中Zn失去电子生成Zn2+,Zn电极为负极材料,B错误;②过程中电池的MnO电极上嵌入Zn2+,说明体系中有额外的Zn2+生成,因此表示放电过程,C正确;ZnxMn0.61□0.39O晶胞所含O2-的个数为4,Zn2+个数为2×=1,因此O2-与Zn2+个数比为4∶1,因此当过程③中1 mol ZnxMn0.61□0.39O转化为1 mol Mn0.61□0.39O时,转移电子的物质的量为×2=0.5 mol,D错误。6.B CuFeS2中嵌入Na+后形成的化合物X,X晶体中Fe、Cu原子个数比为1∶1,在CuFeS2晶体中,S为-2价,Cu为+2价,Fe为+2价,嵌入Na+后形成的化合物X,X晶体中Fe、Cu原子个数比为1∶1,则S化合价和Fe的化合价不变,Cu由+2价变化为+1价,同时嵌入的Na+让化合物呈现电中性,X的化学式为NaCuFeS2。题图3晶胞中有S原子2个,Fe与Cu各1个,Na为1个,化学式符合NaCuFeS2,A正确;由图可知,该晶胞中与硫离子距离最近且等距离的钠离子有3个,B错误;充电时,Na+从X(NaCuFeS2)晶体中脱嵌生成CuFeS2,Cu的化合价升高,X发生氧化反应,C正确;X为NaCuFeS2,在空气中加热可能生成稳定的氧化物Cu2O和Fe3O4,D正确。7.B 晶胞中两个Mg2+之间的距离为体对角线的一半,即为a pm,A正确;由图1结构可知,晶胞中含有2个Mg2+;Cu2+位于棱心和体心,个数为12×+1=4;Fe位于顶点和面心,个数为8×+6×=4;CN-位于棱上、面上和体内,12×2×+6+12×2×=24,所以各微粒个数比为2∶4∶4∶24=1∶2∶2∶12,故该晶胞的化学式可表示为MgCu2Fe2(CN)12,B错误;根据正、负化合价的代数和为零可知,Fe为+3价,x=1,y=12,当电池放电完全时,Fe3+完全转化为Fe2+,根据正、负化合价的代数和为零可知,含有4个Mg2+,则x∶x'=1∶2,C正确;正中间一层的铜位于中心,与下层的四个铜原子可以构成一个正四面体,结合晶胞的空间结构考虑,Fe3+或Fe2+位于Cu2+所构成的八面体空隙,D正确。8.B Ti周围有6个O原子,Ti位于O原子形成的正八面体空隙,A正确;根据“均摊法”,1个晶胞中含Ti:8×=1个,含O:12×=3个,含La或Li或空位共1个,若x=0.25,则La和空位共0.75,n(La)+n(空位)=0.75,结合正、负化合价代数和为0,(+1)×0.25+(+3)×n(La)+(+4)×1+(-2)×3=0,解得n(La)=、n(空位)=,Li+与空位数目之比为3∶2,B错误;Ti位于顶点,O位于棱心,La或Li或空位位于体心,投影图为,C正确;导电时Li+移动方向与电流方向相同,则空位移动方向与电流方向相反,D正确。9.B 由均摊法知,结构1中含Co数目为×4+4=4.5,含S数目为×12+1=4,Co、S个数比为9∶8,则结构1钴硫化物的化学式为Co9S8,A正确;由晶胞2可知,S与S的最短距离为面对角线长度的,即a,B错误;晶胞2中Li与周围4个S形成正四面体结构,故晶胞2中距Li最近的S有4个,C正确;如图:,当2个晶胞2放在一起时,图中粗线框截取的部分就是晶胞3,晶胞2和晶胞3表示同一晶体,D正确。3 / 3(共22张PPT)四、与晶胞结构融合的电化学题专练1. (2025·内蒙古模拟)介孔Cu2-xSe纳米晶可用作钠离子电池正极材料,充放电过程中其晶胞的组成变化如图所示(Cu2-xSe晶胞内未填Cu原子的正四面体空隙,称为空位)。下列说法错误的是( )A. 充放电时,Na+移动方向与电流方向一致B. 图中两次放电生成的0价Cu原子数相同C. x=0.5时,Cu2-xSe晶胞中空位、Cu+和Cu2+数目之比为1∶2∶1D. 若Cu2-xSe晶胞参数为a nm,则Cu+(或Cu2+)、Se2-之间最短距离为a nm123456789√解析: 电流方向与阳离子移动方向一致,A正确;结合化学式,由Cu原子守恒知,第1次放电生成0价Cu原子个数为1-x,第2次放电生成0价Cu原子个数为1,B错误;由晶胞结构知,正四面体空隙共8个,又位于顶点和面心的Se2-个数为8× +6× =4,结合化学式Cu2-xSe,知晶胞内含(8-4x)个Cu,设1个Cu2-xSe晶胞中Cu2+和Cu+个数分别为a和b,则a+b=8-4x,由元素化合价代数和为0得2a+b=4×2,解得a=4x、b=8-8x、空位数为8-a-b=4x,故x=0.5时Cu2-xSe晶胞中空位、Cu+和Cu2+数目之比为1∶2∶1,C正确;Cu+(或Cu2+)、Se2-之间最短距离为晶胞体对角线长的 ,则Cu+(或Cu2+)、Se2-之间最短距离为 a nm,D正确。1234567892. (2025·安徽黄山二模)我国科学家利用人工智能,设计出三氟甲基亚磺酸锂(CF3SO2Li),将其注入废旧电池,其通过不可逆氧化释放锂离子,分解产物(如SO2等)可通过电池排气系统排出,实现零残留。某种镍钴锰酸锂正极材料在补充CF3SO2Li(打针)前后晶胞变化如图所示。下列说法错误的是( )A. 注入CF3SO2Li,延长锂离子电池使用寿命B. CF3SO2Li中S为+4价C. 打针过程中,过渡金属化合价降低D. 打针后,晶胞的化学式为LiMO2(M代表Co、Ni和Mn)√123456789解析: 注入CF3SO2Li,释放锂离子,可以延长锂离子电池使用寿命,A正确;根据CF3SO2Li中Li为+1价,O为-2价,C为+4价,F为-1价,可以得出S为+2价,B错误;打针过程中,化学式由LiM3O6转化为LiMO2,过渡金属化合价降低,C正确;打针后,晶胞的化学式为LiMO2(M代表Co、Ni和Mn),D正确。1234567893. (2025·北京清华大学附中三模)一种钾离子电池正极材料钾锰铁基普鲁士白[K2MnFe(CN)6]充电或放电时变化如图所示,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为晶胞俯视图。下列说法中错误的是( )A. Ⅰ晶胞中K数目为8B. Ⅱ→Ⅲ过程中Fe或Mn的价态升高C. 每个晶胞Ⅰ完全转化为晶胞Ⅱ,转移电子数为4D. 晶胞Ⅲ中π键数目为24√123456789解析: 钾锰铁基普鲁士白[K2MnFe(CN)6]是一种钾离子电池正极材料,充电时装置为电解池,其为阳极,失去电子发生氧化反应,充电随着K+脱出,其结构由Ⅰ经Ⅱ最终转变为Ⅲ,则Ⅲ转化为Ⅰ是原电池放电过程。据“均摊法”,晶胞Ⅱ中含12× +1=4个FeC6、8× +6× =4个MnN6、4个K,则晶胞Ⅰ中也含有4个FeC6,由钾锰铁基普鲁士白的化学式[K2MnFe(CN)6]可知,晶胞中含有8个K,A正确;Ⅱ→Ⅲ过程中为充电过程,阳极发生氧化反应,则Fe或Mn的价态升高,B正确;每个晶胞Ⅰ完全转化为晶胞Ⅱ,有4个K+脱出,则Fe或Mn的价态升高4,转移电子数为4,C正确;晶胞Ⅲ中有24个CN-,CN-中含有碳氮三键,1个三键含有1个σ键、2个π键,则其中π键数目为48,D错误。1234567894. (2025·湖南湘东十校联考)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( )123456789A. 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1 mol电子,两个电极的质量变化相差46 gC. 该时刻晶胞所示的Nax[MnFe(CN)6]中,x=2D. 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+√123456789解析: 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;充电时,阳极失去电子并释放出Na+,每转移1 mol电子,释放1 molNa+,阳极质量减轻23 g,阴极得到电子结合Na+变成NaxCy,所以阴极的质量增加23 g,B正确;根据该时刻晶胞示意图可知,锰离子数为8× +6× =4、Na+的数目为4,所以Nax[MnFe(CN)6]中,x=1,C错误;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。1234567895. (2025·安徽名校一模)水溶液锌电池(图1)的电极材料是研究热点之一、一种在晶体MnO中嵌入Zn2+的电极材料充放电过程的原理如图2所示。下列叙述中正确的是( )A. ①为MnO活化过程,其中Mn的价态不变B. 该材料在锌电池中作为负极材料C. ②代表电池放电过程D. ③中1 mol晶体转移的电子数为0.61 mol√123456789解析: ①过程中MnO晶胞中体心的Mn2+失去,产生空位,该过程为MnO活化过程,根据化合物化合价为0可知,Mn元素化合价一定发生变化,A错误;锌电池中Zn失去电子生成Zn2+,Zn电极为负极材料,B错误;②过程中电池的MnO电极上嵌入Zn2+,说明体系中有额外的Zn2+生成,因此表示放电过程,C正确;ZnxMn0.61□0.39O晶胞所含O2-的个数为4,Zn2+个数为2× =1,因此O2-与Zn2+个数比为4∶1,因此当过程③中1 mol ZnxMn0.61 □ 0.39O转化为1 mol Mn0.61 □ 0.39O时,转移电子的物质的量为 ×2=0.5 mol,D错误。1234567896. (2025·浙江宁波模拟)CuFeS2中嵌入Na+后形成的化合物X可以用作二次电池正极材料。X的晶胞投影图如图1、图2所示。已知X晶体中Fe、Cu原子个数比为1∶1,下列说法不正确的是( )A. X的晶胞可表示为图3B. 该晶胞中与硫离子距离最近且等距离的钠离子有6个C. 充电时,Na+从X晶体中脱嵌,X发生氧化反应D. X在空气中加热可能生成Cu2O和Fe3O4√123456789解析: CuFeS2中嵌入Na+后形成的化合物X,X晶体中Fe、Cu原子个数比为1∶1,在CuFeS2晶体中,S为-2价,Cu为+2价,Fe为+2价,嵌入Na+后形成的化合物X,X晶体中Fe、Cu原子个数比为1∶1,则S化合价和Fe的化合价不变,Cu由+2价变化为+1价,同时嵌入的Na+让化合物呈现电中性,X的化学式为NaCuFeS2。题图3晶胞中有S原子2个,Fe与Cu各1个,Na为1个,化学式符合NaCuFeS2,A正确;由图可知,该晶胞中与硫离子距离最近且等距离的钠离子有3个,B错误;充电时,Na+从X(NaCuFeS2)晶体中脱嵌生成CuFeS2,Cu的化合价升高,X发生氧化反应,C正确;X为NaCuFeS2,在空气中加热可能生成稳定的氧化物Cu2O和Fe3O4,D正确。1234567897. (2025·湖北黄冈二模)水系镁离子电池正极材料的化学式可表示为MgxCuFe(CN)y,其立方晶胞结构如图1所示,晶胞参数为a pm,俯视时Mg2+的位置如图2所示。电池放电过程中,电解液中的Mg2+会不断嵌入小立方体中心,晶胞中Fe3+和Fe2+含量发生变化,当电池放电完全时,形成Mgx'CuFe(CN)y。下列说法错误的是( )123456789A. 晶胞中两个Mg2+之间的距离为 a pmB. 电池正极材料的化学式可表示为MgCu2Fe2(CN)9C. x∶x'=D. Fe3+或Fe2+位于Cu2+所构成的八面体空隙√解析: 晶胞中两个Mg2+之间的距离为体对角线的一半,即为 a pm,A正确;由图1结构可知,晶胞中含有2个Mg2+;Cu2+位于棱心和体心,个数为12× +1=4;Fe位于顶点和面心,个数为8× +6× =4;CN-位于棱上、面上和体内,12×2× +6+12×2× =24,所以各微粒个数比123456789为2∶4∶4∶24=1∶2∶2∶12,故该晶胞的化学式可表示为MgCu2Fe2(CN)12,B错误;根据正、负化合价的代数和为零可知,Fe为+3价,x=1,y=12,当电池放电完全时,Fe3+完全转化为Fe2+,根据正、负化合价的代数和为零可知,含有4个Mg2+,则x∶x'=1∶2,C正确;正中间一层的铜位于中心,与下层的四个铜原子可以构成一个正四面体,结合晶胞的空间结构考虑,Fe3+或Fe2+位于Cu2+所构成的八面体空隙,D正确。1234567898. (2025·湖北新八校协作体联考)研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物 ,其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti为+4价,La为+3价。下列说法错误的是( )A. Ti位于O原子形成的正八面体空隙B. 若x=0.25,Li+与空位的个数比为2∶3C. LixLayTiO3立方晶胞在体对角线方向上的投影图为D. 导电时,空位移动方向与电流方向相反√123456789解析: Ti周围有6个O原子,Ti位于O原子形成的正八面体空隙,A正确;根据“均摊法”,1个晶胞中含Ti:8× =1个,含O:12× =3个,含La或Li或空位共1个,若x=0.25,则La和空位共0.75,n(La)+n(空位)=0.75,结合正、负化合价代数和为0,(+1)×0.25+(+3)×n(La)+(+4)×1+(-2)×3=0,解得n(La)= 、n(空位)= ,Li+与空位数目之比为3∶2,B错误;Ti位于顶点,O位于棱心,La或Li或空位位于体心,投影图为 ,C正确;导电时Li+移动方向与电流方向相同,则空位移动方向与电流方向相反,D正确。1234567899. (2024·吉林高考14题)某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是( )A. 结构1钴硫化物的化学式为Co9S8B. 晶胞2中S与S的最短距离为 aC. 晶胞2中距Li最近的S有4个D. 晶胞2和晶胞3表示同一晶体√123456789解析: 由均摊法知,结构1中含Co数目为 ×4+4=4.5,含S数目为×12+1=4,Co、S个数比为9∶8,则结构1钴硫化物的化学式为Co9S8,A正确;由晶胞2可知,S与S的最短距离为面对角线长度的 ,即 a,B错误;晶胞2中Li与周围4个S形成正四面体结构,故晶胞2中距Li最近的S有4个,C正确;如图: ,当2个晶胞2放在一起时,图中粗线框截取的部分就是晶胞3,晶胞2和晶胞3表示同一晶体,D正确。123456789THANKS演示完毕 感谢观看 展开更多...... 收起↑ 资源列表 四、与晶胞结构融合的电化学题专练.docx 四、与晶胞结构融合的电化学题专练.pptx