Question

9．电池是人类生产和生活中重要的能量来源，回答下列问题：
（i）回收利用废旧普通锌锰电池工艺如图（不考虑旧电池中实际存在的少量其他金属）．普通锌锰电池总反应为：Zn+2NH₄Cl+2MnO₂=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH
已知MnOOH不溶于水；Zn（NH₃）₂Cl₂ 溶于水和盐酸．

（1）图中产物的化学式分别为AZnCl₂，BNH₄Cl，滤渣E含MnO₂和MnOOH．
（2）操作a中得到熔块的主要成分是K₂MnO₄．操作b中绿色的K₂MnO₄溶液反应生成紫色溶液和一种黑褐色固体，该反应的离子方程式为3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂+2CO₃^2-．
（ii）燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置．
（1）氢氧燃料电池具有无污染等优点，但储氢技术是关键技术之一．金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：Ⅰ2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiHⅡLiH+H₂O=LiOH+H₂↑
①Ⅰ中的氧化剂是H₂，反应Ⅱ中的还原剂是LiH；
②已知LiH固体的密度为0.8g/cm³．用锂吸收112L（标准状况）H₂，吸收的H₂体积与生成的LiH体积比值是1.13×10³；
③由②生成的LiH与水反应放出的氢气用作电池燃料，若能量利用率为60%，则导线中通过电子的物质的量为12mol；
（2）一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷（C₂H₆）和氧气．电池的负极反应为：C₂H₆-14e-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O； 放电一段时间后，正极周围的pH升高（填升高、降低或不变）．

Answer 1

分析 （i）Zn（NH₃）₂Cl₂ 溶于水和盐酸，所以废电池经机械分离后，加水溶解后溶液中的成分是Zn（NH₃）₂Cl₂，再加稀盐酸溶解，浓缩结晶得到氯化铵和氯化锌的固体，氯化铵不稳定，受热易分解，所以B为氯化铵，A为氯化锌，MnOOH不溶于水，所以机械分离后的黑色固体溶于水过滤，得滤渣E的成份应为MnO₂和MnOOH，绿色的K₂MnO₄溶液发生反应后生成紫色的高锰酸钾溶液和黑褐色的二氧化锰；
（ii）（1）①从化合价的变化的角度分析；
②根据反应的电极方程式计算；
③根据实际参加反应的氢气以及电极反应式计算；
（2）燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应，根据电极反应可知电极周围pH的变化．

解答 解：（i）Zn（NH₃）₂Cl₂ 溶于水和盐酸，所以废电池经机械分离后，加水溶解后溶液中的成分是Zn（NH₃）₂Cl₂，再加稀盐酸溶解，浓缩结晶得到氯化铵和氯化锌的固体，氯化铵不稳定，受热易分解，所以B为氯化铵，A为氯化锌，MnOOH不溶于水，所以机械分离后的黑色固体溶于水过滤，得滤渣E的成份应为MnO₂和MnOOH，绿色的K₂MnO₄溶液发生反应后生成紫色的高锰酸钾溶液和黑褐色的二氧化锰，
（1）根据上面的分析可知，A为氯化锌，B为氯化铵，E为MnO₂和MnOOH，
故答案为：ZnCl₂；NH₄Cl；MnO₂和MnOOH；
（2）绿色的K₂MnO₄溶液发生反应后生成紫色的高锰酸钾溶液和黑褐色的二氧化锰，该反应的离子方程式为3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-，
故答案为：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂+2CO₃^2-；
（ii）（1）①Ⅰ中H从零价降至-1价，作氧化剂，Ⅱ中LiH的H从-1升至H₂中的零价，作还原剂，故答案为：H₂；LiH；
②由反应I，112L（标准状况）H₂即5mol，当吸收5molH₂时，则生成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，
故答案为：1.13×10³；
③10mol LiH可生成10mol H₂，实际参加反应的H₂为10mol×60%=6mol，1molH₂转化成1molH₂O，转移2mol电子，所以6molH₂可转移12mol的电子，
故答案为：12mol；
（2）燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为C₂H₆-14e-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，正极上氧化剂即氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，所以正极周围pH升高，
故答案为：C₂H₆-14e-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；升高．

点评 本题考查了化学与技术、原电池原理、电极方程式的书写、化学电源的工作原理及有关计算，综合性较强，题目难度较大，注意原电池电极反应式的书写以及从电子守恒的角度计算．