Question

14．1887年，英國人赫勒森（Wilhelm Hellesen）發明了最早的干電池，如今干電池已經發展成為一個龐大的家族，種類達100多種．應用廣泛的是Zn-MnO₂干電池，其電解質溶液是ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液．電池工作一段時間后，電池內存在7 種物質：NH₃、Mn₂O₃、ZnCl₂、MnO₂、NH₄Cl、Zn 和H₂O．回答下列問題：
（1）該電池的負極材料是Zn；電池工作時，電子流向正極（填“正極”或“負極”）；放電時NH₄⁺向正極（填“正極”、“負極”）移動．
（2）完成并配平該氧化還原方程式：Zn+2MnO₂+2 NH₄Cl=Mn₂O₃+ZnCl₂+H₂O+2NH₃；發生還原反應的物質是MnO₂，被氧化的元素是Zn．若有17.4g 氧化劑參與反應，則電子轉移數目為0.2N_A（N_A表示阿伏加德羅常數）．
（3）普通鋅一錳電池的缺點是電量小、放電電流弱．為增大放電電流，可把負極鋅片改為鋅粉，其理由是使反應面積增大，提高放電效率．
（4）若ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液中含有雜質Cu²⁺，會加速某電極的腐蝕，其主要原因是鋅與還原出來的Cu構成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕．欲除去Cu²⁺，最好選用下列試劑中的b（填代號）．
a．NaOH        b．Zn　　　　c．Fe       d．NH₃•H₂O
（5）MnO₂的生產方法之一是以石墨為電極，電解酸化的MnSO₄溶液．陰極的電極反應式是2H⁺+2e^-═H₂↑．若電解電路中通過2mol電子，MnO₂的理論產量為87g．

Answer 1

分析 （1）電池負極是活潑金屬發生氧化反應，所以負極材料是鋅，電子由電池的負極流向正極，放電時陰離子向負極移動，陽離子向正極移動；
（2）鋅失去電子，生成鋅離子，而二氧化錳得電子，變成三氧化二錳，根據得失電子守恒配平得：2MnO₂+2NH₄Cl+Zn=NH₃+Mn₂O₃+ZnCl₂+H₂O，鋅失電子發生氧化反應，被氧化，而二氧化錳中的錳由+4價變成+3價，發生還原反應，17.4gMnO₂的物質的量=$\frac{17.4g}{87g/mol}$=0.2mol，而錳由+4價變成+3價，1mol轉移1mol電子，則是0.2mol轉移0.2mol的電子；
（3）鋅片改為鋅粉，固體表面積增大，反應速率增大；
（4）若ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液中含有雜質Cu²⁺，鋅與還原出來的Cu構成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕．除雜時不能引入新雜質，應選Zn將Cu²⁺ 置換為單質而除去；（5）電解酸化的MnSO₄溶液時，根據離子的放電順序，陰極上首先放電的是H⁺，電極反應式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極反應式為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O═MnO₂++4H⁺，若電路中通過2mol電子產生1molMnO₂，質量為87g．

解答 解：（1）電池負極是活潑金屬發生氧化反應，所以負極材料是鋅，電子由電池的負極，鋅極流向正極，放電時陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，
故答案為：Zn；正極；正極；
（2）鋅失去電子，生成鋅離子，而二氧化錳得電子，變成三氧化二錳，根據得失電子守恒配平得：2MnO₂+2NH₄Cl+Zn=NH₃+Mn₂O₃+ZnCl₂+H₂O，二氧化錳中的錳由+4價變成+3價，發生還原反應，而鋅失電子發生氧化反應，被氧化，17.4gMnO₂的物質的量=$\frac{17.4g}{87g/mol}$=0.2mol，而錳由+4價變成+3價，1mol轉移1mol電子，則是0.2mol轉移0.2mol的電子，所以轉移電子數目為：0.2N_A，
故答案為：Zn；2MnO₂；2；Mn₂O₃；ZnCl₂；H₂O；MnO₂；2；MnO₂；Zn；0.2；
（3）鋅片改為鋅粉，固體表面積增大，反應速率增大，故答案為：使反應面積增大，提高放電效率；
（4）電化學腐蝕較化學腐蝕更快，鋅與還原出來的Cu構成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕．題目中a和d選項不能除去雜質離子，c項會引入新雜質，所以應選Zn將Cu²⁺ 置換為單質而除去．故答案為：鋅與還原出來的Cu構成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕；b；
（5）陰極上得電子，發生還原反應，H⁺得電子生成氫氣．因為MnSO₄～MnO₂～2 e^-，通過2mol電子產生1molMnO₂，其質量為87g．故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；87g．

點評 本題是將典型的實驗知識與原電池原理、電解原理相融合的題型，涉及了電極材料分析、電解液凈化及相關電化學計算等內容，具有較寬的知識覆蓋面．學∰∯習中要電化學基礎知識掌握扎實．