Question

锌—锰干电池是普遍使用的化学电源，其中含有MnO₂、NH₄Cl、ZnCl₂等的糊状物。以锌筒为负极材料，石墨为正极材料。一节干电池电动势和内电阻分别为E=1.5 V，r=0.25 Ω，它对外供电时效率η=75%。干电池的工作原理是：

Zn＋2MnO₂＋2NH===Zn^2＋＋Mn₂O₃＋2NH₃＋H₂O

(1)试写出干电池放电时的正、负电极反应式：正极：___________负极：___________

干电池用久了就会变软，其原因是____________________________________________。

(2)正极反应中，前后经历了下列两个反应：

2NH＋2e^－===2NH₃＋H₂

2MnO₂＋H₂===Mn₂O₃＋H₂O

如果正极反应没有MnO₂的参与，干电池将难以持续稳定工作。试说明理由。

(3)在通电10 min的时间内参加反应的MnO₂质量约为多少？外电阻消耗的电能是多少？

(4)许多国家对废旧电池进行回收，从保护环境和节约能源解释为什么要回收废旧电池。

Answer 1

(1)2MnO₂＋2NH＋2e^－===Mn₂O₃＋2NH₃＋H₂O  Zn－2e^－===Zn^2＋  有水产生，锌筒变薄 

(2)正极反应中间产物H₂附着于石墨，增加电池内阻。

(3)0.813 g；1.01×10³ J。

(4)可以回收到大量的金属材料和化工原料。废旧电池有害于生态环境的物质在自然条件下极难被降解；废旧锌—锰干电池含有高浓度的氯化铵溶液，埋在土壤中会使土壤酸化，种子脱水死亡。

解析:

这是一道物理、化学综合试题，涉及能量转化、原电池原理、环境保护及电路计算等知识。各问之间有渗透，但彼此间相对独立，学生思维空间有较大的自由度。

依题意：

=75%，解得R=0.75 Ω。

I==1.5 A。通电10 min消耗的电量为：Q=I·t=1.5 A×10×60 s=900 C。

转移电子的物质的量为：

9.34×10^－3mol×87 g·mol^－1=0.813 g。

外电阻消耗电能W=I²Rt=(1.5 A)²×0.75 Ω×600 s=1.01×10³ J。