Question

11．人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要．电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染．请根据题中提供的信息，回答下列问题：
（1）研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO₂+2Ag+2NaCl=Na₂Mn₅O₁₀+2AgCl
①该电池的负极反应式是Ag-e^-+Cl^-=AgCl；
②在电池中，Na⁺不断移动到“水”电池的正极（填“正”或“负”）；
③外电路每通过4mol电子时，生成Na₂Mn₅O₁₀的物质的量是2mol．
（2）中国科学院应用化学研究所在甲醇（CH₃OH是一种可燃物）燃料电池技术方面获得新突破．甲醇燃料电池的工作原理如图所示．
①该电池工作时，b口通入的物质为CH₃OH．
②该电池负极的电极反应式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
③工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO₂时，有1.2N_A个电子转移．
（3）Ag₂O₂是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag₂O₂转化为Ag，负极的Zn转化为K₂Zn（OH）₄，写出该电池反应方程式：Ag₂O₂+2Zn+4KOH+2H₂O═2K₂Zn（OH）₄+2Ag．

Answer 1

分析 （1）①负极上失电子发生氧化反应；
②原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动；
③根据Na₂Mn₅O₁₀和转移电子之间的关系式计算．
（2）①根据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料；
②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；
③根据甲醇和转移电子之间的关系式计算；
（3）电池放电时正极的Ag₂O₂ 转化为Ag，负极的Zn转化为K₂Zn（OH）₄，反应还应有KOH参加，依据转化写出电池反应．

解答 解：（1）①根据电池总反应：5MnO₂+2Ag+2NaCl=Na₂Mn₅O₁₀+2AgCl，可判断出Ag应为原电池的负极，负极发生反应的电极方程式为：Ag+Cl^--e^-=AgCl，
故答案为：Ag+Cl^--e^-=AgCl；
②在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以钠离子向正极移动，故答案为：正；
③根据方程式中5MnO₂生成1Na₂Mn₅O₁₀，化合价共降低了2价，所以每生成1molNa₂Mn₅O₁₀转移2mol电子，则外电路每通过4mol电子时，生成Na₂Mn₅O₁₀的物质的量是2mol，故答案为：2mol；
（2）①据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇，故答案为：CH₃OH；
②正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：3O₂+12H⁺+12e^-=6H₂O，负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
③根据2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺知，甲醇和转移电子之间的关系式得，当6.4g甲醇完全反应生成CO₂时，转移电子的物质的量=$\frac{6.4g}{32g/mol}$=1.2mol，则转移电子个数为1.2N_A，故答案为：1.2；
（3）电池放电时正极的Ag₂O₂ 转化为Ag，负极的Zn转化为K₂Zn（OH）₄，正极电极反应式为Ag₂O₂+4e^-+2H₂O═2Ag+4OH^-，负极电极反应式为2Zn-4e^-+8OH^-═2Zn（OH）₄^2-，反应还应有KOH参加，反应的总方程式为：Ag₂O₂+2Zn+4KOH+2H₂O═2K₂Zn（OH）₄+2Ag，故答案为：Ag₂O₂+2Zn+4KOH+2H₂O═2K₂Zn（OH）₄+2Ag．

点评 本题考查原电池的电极反应和离子的定向移动以及电化学的简单计算，做题时要注意总电池反应式的判断利用，运用两极上的反应特点做题，分析Mn元素的化合价变化是该题的难点．