Question

鋅—錳干電池是普遍使用的化學(xué)電源，其中含有MnO₂、NH₄Cl、ZnCl₂等的糊狀物。以鋅筒為負(fù)極材料，石墨為正極材料。一節(jié)干電池電動勢和內(nèi)電阻分別為E=1.5 V，r=0.25 Ω，它對外供電時效率η=75%。干電池的工作原理是：

Zn＋2MnO₂＋2NH===Zn^2＋＋Mn₂O₃＋2NH₃＋H₂O

(1)試寫出干電池放電時的正、負(fù)電極反應(yīng)式：正極：___________負(fù)極：___________

干電池用久了就會變軟，其原因是____________________________________________。

(2)正極反應(yīng)中，前后經(jīng)歷了下列兩個反應(yīng)：

2NH＋2e^－===2NH₃＋H₂

2MnO₂＋H₂===Mn₂O₃＋H₂O

如果正極反應(yīng)沒有MnO₂的參與，干電池將難以持續(xù)穩(wěn)定工作。試說明理由。

(3)在通電10 min的時間內(nèi)參加反應(yīng)的MnO₂質(zhì)量約為多少？外電阻消耗的電能是多少？

(4)許多國家對廢舊電池進(jìn)行回收，從保護環(huán)境和節(jié)約能源解釋為什么要回收廢舊電池。

Answer 1

(1)2MnO₂＋2NH＋2e^－===Mn₂O₃＋2NH₃＋H₂O  Zn－2e^－===Zn^2＋  有水產(chǎn)生，鋅筒變薄 

(2)正極反應(yīng)中間產(chǎn)物H₂附著于石墨，增加電池內(nèi)阻。

(3)0.813 g；1.01×10³ J。

(4)可以回收到大量的金屬材料和化工原料。廢舊電池有害于生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)在自然條件下極難被降解；廢舊鋅—錳干電池含有高濃度的氯化銨溶液，埋在土壤中會使土壤酸化，種子脫水死亡。

解析:

這是一道物理、化學(xué)綜合試題，涉及能量轉(zhuǎn)化、原電池原理、環(huán)境保護及電路計算等知識。各問之間有滲透，但彼此間相對獨立，學(xué)生思維空間有較大的自由度。

依題意：

=75%，解得R=0.75 Ω。

I==1.5 A。通電10 min消耗的電量為：Q=I·t=1.5 A×10×60 s=900 C。

轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為：

9.34×10^－3mol×87 g·mol^－1=0.813 g。

外電阻消耗電能W=I²Rt=(1.5 A)²×0.75 Ω×600 s=1.01×10³ J。