Question

14．1887年，英国人赫勒森（Wilhelm Hellesen）发明了最早的干电池，如今干电池已经发展成为一个庞大的家族，种类达100多种．应用广泛的是Zn-MnO₂干电池，其电解质溶液是ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液．电池工作一段时间后，电池内存在7 种物质：NH₃、Mn₂O₃、ZnCl₂、MnO₂、NH₄Cl、Zn 和H₂O．回答下列问题：
（1）该电池的负极材料是Zn；电池工作时，电子流向正极（填“正极”或“负极”）；放电时NH₄⁺向正极（填“正极”、“负极”）移动．
（2）完成并配平该氧化还原方程式：Zn+2MnO₂+2 NH₄Cl=Mn₂O₃+ZnCl₂+H₂O+2NH₃；发生还原反应的物质是MnO₂，被氧化的元素是Zn．若有17.4g 氧化剂参与反应，则电子转移数目为0.2N_A（N_A表示阿伏加德罗常数）．
（3）普通锌一锰电池的缺点是电量小、放电电流弱．为增大放电电流，可把负极锌片改为锌粉，其理由是使反应面积增大，提高放电效率．
（4）若ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液中含有杂质Cu²⁺，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀．欲除去Cu²⁺，最好选用下列试剂中的b（填代号）．
a．NaOH        b．Zn　　　　c．Fe       d．NH₃•H₂O
（5）MnO₂的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO₄溶液．阴极的电极反应式是2H⁺+2e^-═H₂↑．若电解电路中通过2mol电子，MnO₂的理论产量为87g．

Answer 1

分析 （1）电池负极是活泼金属发生氧化反应，所以负极材料是锌，电子由电池的负极流向正极，放电时阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；
（2）锌失去电子，生成锌离子，而二氧化锰得电子，变成三氧化二锰，根据得失电子守恒配平得：2MnO₂+2NH₄Cl+Zn=NH₃+Mn₂O₃+ZnCl₂+H₂O，锌失电子发生氧化反应，被氧化，而二氧化锰中的锰由+4价变成+3价，发生还原反应，17.4gMnO₂的物质的量=$\frac{17.4g}{87g/mol}$=0.2mol，而锰由+4价变成+3价，1mol转移1mol电子，则是0.2mol转移0.2mol的电子；
（3）锌片改为锌粉，固体表面积增大，反应速率增大；
（4）若ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液中含有杂质Cu²⁺，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀．除杂时不能引入新杂质，应选Zn将Cu²⁺ 置换为单质而除去；（5）电解酸化的MnSO₄溶液时，根据离子的放电顺序，阴极上首先放电的是H⁺，电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极反应式为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O═MnO₂++4H⁺，若电路中通过2mol电子产生1molMnO₂，质量为87g．

解答 解：（1）电池负极是活泼金属发生氧化反应，所以负极材料是锌，电子由电池的负极，锌极流向正极，放电时阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，
故答案为：Zn；正极；正极；
（2）锌失去电子，生成锌离子，而二氧化锰得电子，变成三氧化二锰，根据得失电子守恒配平得：2MnO₂+2NH₄Cl+Zn=NH₃+Mn₂O₃+ZnCl₂+H₂O，二氧化锰中的锰由+4价变成+3价，发生还原反应，而锌失电子发生氧化反应，被氧化，17.4gMnO₂的物质的量=$\frac{17.4g}{87g/mol}$=0.2mol，而锰由+4价变成+3价，1mol转移1mol电子，则是0.2mol转移0.2mol的电子，所以转移电子数目为：0.2N_A，
故答案为：Zn；2MnO₂；2；Mn₂O₃；ZnCl₂；H₂O；MnO₂；2；MnO₂；Zn；0.2；
（3）锌片改为锌粉，固体表面积增大，反应速率增大，故答案为：使反应面积增大，提高放电效率；
（4）电化学腐蚀较化学腐蚀更快，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀．题目中a和d选项不能除去杂质离子，c项会引入新杂质，所以应选Zn将Cu²⁺ 置换为单质而除去．故答案为：锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀；b；
（5）阴极上得电子，发生还原反应，H⁺得电子生成氢气．因为MnSO₄～MnO₂～2 e^-，通过2mol电子产生1molMnO₂，其质量为87g．故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；87g．

点评 本题是将典型的实验知识与原电池原理、电解原理相融合的题型，涉及了电极材料分析、电解液净化及相关电化学计算等内容，具有较宽的知识覆盖面．学∰∯习中要电化学基础知识掌握扎实．