Question

9．電池是人類生產和生活中重要的能量來源，回答下列問題：
（i）回收利用廢舊普通鋅錳電池工藝如圖（不考慮舊電池中實際存在的少量其他金屬）．普通鋅錳電池總反應為：Zn+2NH₄Cl+2MnO₂=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH
已知MnOOH不溶于水；Zn（NH₃）₂Cl₂ 溶于水和鹽酸．

（1）圖中產物的化學式分別為AZnCl₂，BNH₄Cl，濾渣E含MnO₂和MnOOH．
（2）操作a中得到熔塊的主要成分是K₂MnO₄．操作b中綠色的K₂MnO₄溶液反應生成紫色溶液和一種黑褐色固體，該反應的離子方程式為3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂+2CO₃^2-．
（ii）燃料電池是一種高效、環境友好的發電裝置．
（1）氫氧燃料電池具有無污染等優點，但儲氫技術是關鍵技術之一．金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：Ⅰ2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiHⅡLiH+H₂O=LiOH+H₂↑
①Ⅰ中的氧化劑是H₂，反應Ⅱ中的還原劑是LiH；
②已知LiH固體的密度為0.8g/cm³．用鋰吸收112L（標準狀況）H₂，吸收的H₂體積與生成的LiH體積比值是1.13×10³；
③由②生成的LiH與水反應放出的氫氣用作電池燃料，若能量利用率為60%，則導線中通過電子的物質的量為12mol；
（2）一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷（C₂H₆）和氧氣．電池的負極反應為：C₂H₆-14e-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O； 放電一段時間后，正極周圍的pH升高（填升高、降低或不變）．

Answer 1

分析 （i）Zn（NH₃）₂Cl₂ 溶于水和鹽酸，所以廢電池經機械分離后，加水溶解后溶液中的成分是Zn（NH₃）₂Cl₂，再加稀鹽酸溶解，濃縮結晶得到氯化銨和氯化鋅的固體，氯化銨不穩定，受熱易分解，所以B為氯化銨，A為氯化鋅，MnOOH不溶于水，所以機械分離后的黑色固體溶于水過濾，得濾渣E的成份應為MnO₂和MnOOH，綠色的K₂MnO₄溶液發生反應后生成紫色的高錳酸鉀溶液和黑褐色的二氧化錳；
（ii）（1）①從化合價的變化的角度分析；
②根據反應的電極方程式計算；
③根據實際參加反應的氫氣以及電極反應式計算；
（2）燃料電池中，負極上燃料失電子發生氧化反應，正極上氧化劑得電子發生還原反應，根據電極反應可知電極周圍pH的變化．

解答 解：（i）Zn（NH₃）₂Cl₂ 溶于水和鹽酸，所以廢電池經機械分離后，加水溶解后溶液中的成分是Zn（NH₃）₂Cl₂，再加稀鹽酸溶解，濃縮結晶得到氯化銨和氯化鋅的固體，氯化銨不穩定，受熱易分解，所以B為氯化銨，A為氯化鋅，MnOOH不溶于水，所以機械分離后的黑色固體溶于水過濾，得濾渣E的成份應為MnO₂和MnOOH，綠色的K₂MnO₄溶液發生反應后生成紫色的高錳酸鉀溶液和黑褐色的二氧化錳，
（1）根據上面的分析可知，A為氯化鋅，B為氯化銨，E為MnO₂和MnOOH，
故答案為：ZnCl₂；NH₄Cl；MnO₂和MnOOH；
（2）綠色的K₂MnO₄溶液發生反應后生成紫色的高錳酸鉀溶液和黑褐色的二氧化錳，該反應的離子方程式為3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-，
故答案為：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂+2CO₃^2-；
（ii）（1）①Ⅰ中H從零價降至-1價，作氧化劑，Ⅱ中LiH的H從-1升至H₂中的零價，作還原劑，故答案為：H₂；LiH；
②由反應I，112L（標準狀況）H₂即5mol，當吸收5molH₂時，則生成10molLiH，V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{10×7.9}{0.8×1{0}^{3}}$L=9.875×10^-2L，所以$\frac{V（H{\;}_{2}）}{V（LiH）}$=$\frac{112}{9.875×1{0}^{-2}}$=1.13×10³，
故答案為：1.13×10³；
③10mol LiH可生成10mol H₂，實際參加反應的H₂為10mol×60%=6mol，1molH₂轉化成1molH₂O，轉移2mol電子，所以6molH₂可轉移12mol的電子，
故答案為：12mol；
（2）燃料電池中，負極上燃料失電子發生氧化反應，電極反應式為C₂H₆-14e-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，正極上氧化劑即氧氣得電子發生還原反應生成氫氧根離子，所以正極周圍pH升高，
故答案為：C₂H₆-14e-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；升高．

點評 本題考查了化學與技術、原電池原理、電極方程式的書寫、化學電源的工作原理及有關計算，綜合性較強，題目難度較大，注意原電池電極反應式的書寫以及從電子守恒的角度計算．