2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——化學(xué)電池技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.在電池工作過(guò)程中，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)通常是（）。A.氧化反應(yīng)B.還原反應(yīng)C.酸化反應(yīng)D.堿化反應(yīng)2.下列哪種電池通常被認(rèn)為是二次電池（可充電）？（）A.鉛酸電池B.干電池（鋅錳電池）C.鋰錳電池D.燃料電池3.提高電池電動(dòng)勢(shì)的途徑之一是（）。A.降低正負(fù)極電極電勢(shì)之差B.增大電極表面積C.降低電池內(nèi)阻D.選擇標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)更負(fù)的負(fù)極材料4.鋰離子電池中，通常用作負(fù)極活性物質(zhì)的是（）。A.LiCoO?B.LiFePO?C.LiMn?O?D.人造石墨5.電池極化的主要原因是（）。A.電解質(zhì)導(dǎo)電不良B.電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢C.隔膜損壞D.集流體腐蝕6.在資源化學(xué)領(lǐng)域，鈷資源常被用作哪種鋰離子電池正極材料的組成部分？（）A.磷酸鐵鋰（LiFePO?）B.三元材料（LiNiCoMnO?）C.磷酸錳鋰（LiMn?O?）D.硫酸鋰（Li?SO?）7.與鋰離子電池相比，鉛酸電池的主要優(yōu)點(diǎn)是（）。A.能量密度高B.循環(huán)壽命長(zhǎng)C.成本低廉D.充電速度快8.燃料電池的核心工作原理是（）。A.化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能B.電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C.熱能轉(zhuǎn)化為電能D.光能轉(zhuǎn)化為電能9.固態(tài)電池相較于液態(tài)電池，其主要優(yōu)勢(shì)可能在于（）。A.充電速度更快B.能量密度更高C.成本更低D.安全性更好10.廢舊鋰離子電池進(jìn)行資源化回收的主要目的是（）。A.回收金屬鋰B.回收鈷、鎳等有價(jià)金屬C.回收電解液D.僅作為普通垃圾處理二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題干橫線上）1.電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的必要條件是存在__________和__________。2.電極電位與標(biāo)準(zhǔn)電極電位之差稱為_(kāi)_________。3.鉛酸電池的正極活性物質(zhì)主要成分為_(kāi)_________，負(fù)極活性物質(zhì)主要成分為_(kāi)_________。4.影響電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)包括能量密度、功率密度、__________、__________和成本。5.燃料電池按照電解質(zhì)的種類可分為酸式、堿式、__________和熔融鹽式燃料電池。6.資源化學(xué)角度看，開(kāi)發(fā)鈉離子電池有助于緩解鋰資源__________的問(wèn)題。7.電池極化現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致電池的__________降低，__________升高。8.超級(jí)電容器（電化學(xué)儲(chǔ)能器件）的主要特點(diǎn)是功率密度高，但能量密度相對(duì)較低，具有__________特性。9.鋰金屬電池使用鋰金屬作為負(fù)極，其最大的挑戰(zhàn)在于鋰金屬的__________和電池的安全性問(wèn)題。10.從資源可持續(xù)利用的角度看，發(fā)展廢舊電池的__________技術(shù)至關(guān)重要。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述電化學(xué)極化現(xiàn)象的形成原因及其對(duì)電池性能的影響。2.比較鋰離子電池和燃料電池在工作原理、能量轉(zhuǎn)換方式、主要優(yōu)缺點(diǎn)上的主要區(qū)別。3.簡(jiǎn)述鋰離子電池正極材料LiFePO?相較于LiCoO?在資源利用和安全性方面的優(yōu)勢(shì)。4.簡(jiǎn)述化學(xué)電池資源化回收過(guò)程中的主要環(huán)節(jié)及其意義。四、計(jì)算題（共10分）某鋰離子電池，其理論電動(dòng)勢(shì)為3.85V。在特定放電條件下，測(cè)得電池的放電電壓下降至3.50V，電池內(nèi)阻為0.05Ω。假設(shè)放電電流為2.0A，請(qǐng)計(jì)算該電池此時(shí)的輸出功率（單位：W）和產(chǎn)生的焦耳熱（單位：J，假設(shè)電壓為恒定值3.50V）。五、論述題（共30分）結(jié)合資源化學(xué)專業(yè)知識(shí)，論述發(fā)展高能量密度鋰離子電池材料（如鋰硫電池、鋰空氣電池等）面臨的主要科學(xué)挑戰(zhàn)、技術(shù)瓶頸及其在資源利用和可持續(xù)發(fā)展方面的考量。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分）1.A2.A3.D4.D5.B6.B7.C8.A9.B10.B二、填空題（每空2分，共20分）1.電位差；電解質(zhì)2.過(guò)電位3.PbO?；Pb4.循環(huán)壽命；安全性5.固態(tài)6.稀缺性7.電動(dòng)勢(shì)；內(nèi)阻8.可逆9.安全性10.安全化資源化三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.解析思路：電極反應(yīng)不是瞬時(shí)完成的，存在一定的反應(yīng)速率限制。當(dāng)電極反應(yīng)速率跟不上電勢(shì)變化時(shí)，電極電勢(shì)會(huì)偏離平衡電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為極化。極化分為活化極化和濃度極化。活化極化源于反應(yīng)本身的動(dòng)力學(xué)困難，濃度極化源于電極表面反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度與本體溶液濃度不同。極化導(dǎo)致電池實(shí)際工作電壓低于理論平衡電壓，降低電池效率。2.解析思路：鋰離子電池通過(guò)鋰離子在正負(fù)極材料間的嵌入/脫出實(shí)現(xiàn)充放電，能量轉(zhuǎn)換形式為化學(xué)能-電能。燃料電池通過(guò)燃料（如氫氣）與氧化劑（如氧氣）在催化劑作用下發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)直接產(chǎn)生電能，能量轉(zhuǎn)換形式也是化學(xué)能-電能。鋰離子電池是可充電的，能量密度高但功率密度相對(duì)較低。燃料電池能量密度高，功率密度可調(diào)，但需要持續(xù)供應(yīng)燃料和氧化劑，且目前成本較高、耐久性及安全性問(wèn)題仍需解決。3.解析思路：LiFePO?的優(yōu)勢(shì)在于鐵資源儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，屬于常見(jiàn)元素，相比鈷資源更為豐富且提取過(guò)程可能更環(huán)保、風(fēng)險(xiǎn)更低。此外，LiFePO?橄欖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，安全性高，熱穩(wěn)定性優(yōu)于含鈷的層狀三元材料，不易發(fā)生熱失控。4.解析思路：主要環(huán)節(jié)包括：電池物理拆解（去除外殼、隔膜等）；有價(jià)材料（正極、負(fù)極、電解液）的浸出與分離；金屬離子的純化與濃縮；金屬沉積或形成高純化合物。意義在于回收電池中包含的鋰、鈷、鎳、錳、石墨等有價(jià)資源，減少對(duì)原生礦產(chǎn)資源的開(kāi)采依賴，降低環(huán)境污染（減少電池廢棄物的填埋和焚燒），實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。四、計(jì)算題（共10分）解：輸出功率P=V_discharge*I=3.50V*2.0A=7.0W產(chǎn)生的焦耳熱Q=V_discharge*I*t=3.50V*2.0A*(3.50V/0.05Ω)/2.0A=3.50V*70A=245J（注：t為放電時(shí)間，計(jì)算焦耳熱時(shí)t=V_discharge/(I*R)，其中R為內(nèi)阻，最終Q=V_discharge2*t/R=V_discharge2*R=3.502*0.05=0.625J。此處按恒定電壓計(jì)算熱量，與功率計(jì)算方式不同，題目條件可能有歧義，通常功率計(jì)算直接用放電電壓和電流。若按能量轉(zhuǎn)換效率低估算，則P輸出=P輸入-Q=7W-0.625J/s*t，但題目未給時(shí)間。更可能是考察P=VI。）若僅計(jì)算輸出功率：P=7.0W若計(jì)算按恒壓放電釋放的電能（非嚴(yán)格焦耳熱）：E=V_discharge*I*t=3.50*2.0*(3.50/0.05)=245J。嚴(yán)格焦耳熱因電流在放電中變化，應(yīng)為積分，此處簡(jiǎn)化處理。五、論述題（共30分）解析思路：發(fā)展高能量密度電池材料是當(dāng)前能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鋰硫（Li-S）電池理論能量密度極高（約2600Wh/kg），但面臨核心挑戰(zhàn)：鋰多硫化物（LiPS）在電解液中的溶解與穿梭效應(yīng)導(dǎo)致的容量衰減（“樹狀生長(zhǎng)”）；鋰金屬負(fù)極的海綿狀結(jié)構(gòu)、鋰枝晶生長(zhǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)；正負(fù)極之間較大的電化學(xué)窗口需要寬電壓電解液，易引發(fā)副反應(yīng)。鋰空氣（Li-air）電池理論能量密度更高，但挑戰(zhàn)巨大：空氣中的氧氣活化能高，需要高效催化劑；氧氣還原反應(yīng)（ORR）動(dòng)力學(xué)緩慢，尤其在大電流下為析氧反應(yīng)（OER），過(guò)電位大；電解液與空氣接觸易氧化分解；固態(tài)電解質(zhì)界面反應(yīng)