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        例析應(yīng)用型電池問(wèn)題

        2017-02-05 15:06:54華振
        中學(xué)化學(xué) 2016年12期
        關(guān)鍵詞:反應(yīng)式氧化劑負(fù)極

        華振

        例1汽車(chē)上用的鉛蓄電池是可充電電池,其反應(yīng)式為:

        Pb+PbO2+2H2SO4充電放電2PbSO4+2H2O,寫(xiě)出放電時(shí)的電極反應(yīng)。

        解析鉛蓄電池放電是一個(gè)原電池,還原劑Pb在負(fù)極上失去電子,產(chǎn)物為PbSO4,氧化劑PbO2在正極上得電子,產(chǎn)物是PbSO4及H2O。

        負(fù)極:Pb+SO2-4-2e-PbSO4

        正極:PbO2+4H++SO2-4+2e-

        PbSO4+2H2O兩個(gè)電極反應(yīng)相加可以得到總反應(yīng)式。

        例2某堿性蓄電池充電和放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為:

        Fe+NiO2+2H2O充電放電Fe(OH)2+Ni(OH)2,寫(xiě)出放電時(shí)的負(fù)極和充電時(shí)的陰極反應(yīng)。

        解析放電時(shí)的負(fù)極和充電時(shí)的陰極反應(yīng):Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2,還原劑Fe在負(fù)極上失去電子,

        產(chǎn)物是Fe(OH)2,OH-參與負(fù)極反應(yīng),即負(fù)極:

        Fe+2OH--2e-Fe(OH)2。

        充電時(shí)是電解池,反應(yīng)為:Fe(OH)2+Ni(OH)2電解

        Fe+NiO2+2H2O,氧化劑Fe(OH)2在陰極上得電子,產(chǎn)物為Fe,即陰極:Fe(OH)2+2e-Fe+2OH-。

        在堿性電池中,書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式時(shí),不能出現(xiàn)H+。

        例3幾年前我國(guó)首創(chuàng)的以Al—空氣—海水電池作為新型海水標(biāo)志燈的電源,這種電池以海水為電解液,靠空氣中的氧氣不斷氧化Al產(chǎn)生電流,只要把這種燈放入海水?dāng)?shù)分鐘,就可發(fā)出耀眼

        的光,其能量比干電池高20倍~50倍。請(qǐng)運(yùn)用所學(xué)

        知識(shí)推測(cè)這種新型電池兩極上發(fā)生的電極反應(yīng)。

        解析原電池是由活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極及與兩極相接觸的電解質(zhì)溶液構(gòu)成。該海水電池負(fù)極顯然為不斷氧化的Al,電解質(zhì)溶液為海水,正極材料應(yīng)為具有導(dǎo)電性和活動(dòng)性比Al差的材料,通常為石墨棒,氧化劑O2在正極上獲得電子,即

        負(fù)極:Al-3e-Al3+

        正極:O2+2H2O+4e-4OH

        -

        例4熔融鹽燃料電池具有高發(fā)電效率,因而受到重視,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物為陰極助燃?xì)?,制得?50℃下工作的燃燒電池,陽(yáng)極反應(yīng)式為:2CO+

        2CO2-3

        4CO2+4e-。則陰極反應(yīng)式為

        ;總電池反應(yīng)式為。

        解析原電池的負(fù)極即為陽(yáng)極,正極即陰極,電池工作時(shí)是以CO為燃?xì)猓ㄟ€原劑),空氣、CO2的混合氣為助燃?xì)猓@然空氣中O2為氧化劑。因此總反應(yīng)式為:2CO+O2

        2CO2,

        氧化劑O2在陰極(正極)上得到電子,產(chǎn)物是CO2-3,即陰極反應(yīng)為:O2+2CO2+4e-

        2CO2-3。

        例5(2015年新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ)酸性鋅錳干電池是一種一次性電池,外殼為金屬鋅,中間是碳棒,其周?chē)怯商挤邸nO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過(guò)程產(chǎn)生MnOOH?;厥仗幚碓搹U電池可得到多種化工原料。有關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示:

        回答下列問(wèn)題:

        (1)該電池的正極反應(yīng)式為,電池反應(yīng)的離子方程式為。

        (2)維持電流強(qiáng)度0.5A,電池工作5分鐘,理論上消耗鋅g。(已知F=96500 C·mol-1)

        (3)廢電池糊狀填充物加水處理后,過(guò)濾,濾液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通過(guò)分離回收;濾渣的主要成分是MnO2、和,欲從中得到較純的MnO2,最簡(jiǎn)便的方法是,其原理是。

        (4)用廢電池的鋅皮制備ZnSO4·7H2O的過(guò)程中,需除去鋅皮中的少量雜質(zhì)鐵,其方法是:加稀H2SO4和H2O溶解,鐵變?yōu)椋訅A調(diào)節(jié)至pH為時(shí),鐵剛好沉淀完全(離子濃度小于1×10-5mol·L-1時(shí),即可認(rèn)為該離子沉淀完全);繼續(xù)加堿至pH為時(shí),鋅開(kāi)始沉淀(假定Zn2+濃度為0.1mol·L-1)。若上述過(guò)程不加

        H2O2后果是,原因是。

        解析(1)該電池為酸性電池,正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為:MnO2+H++e-MnOOH;電池反應(yīng)為Zn與MnO2在酸性條件下的反應(yīng),生成Zn2+和MnOOH。即應(yīng)順填:MnO2+H++e-

        MnOOH;2MnO2+Zn+2H+2MnOOH+Zn2+。

        (2)電池工作5 min,電池中的總電荷量Q=It=0.5×5×60C=150C,則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為15096500mol,1mol Zn失去2 mol電子,則此過(guò)程中消耗鋅的質(zhì)量m(Zn)=65×12×15096500g=0.05 g。即應(yīng)填:0.05。

        (3)從表1數(shù)據(jù)看出,相同溫度下,ZnCl2的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于NH4Cl的溶解度,則可采用加熱濃縮、冷卻結(jié)晶的方法分離二者。即應(yīng)順填:加熱濃縮、冷卻結(jié)晶;碳粉,MnOOH;空氣中加熱;碳粉轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2,MnOOH氧化為MnO2。

        (4)在H2O2存在下,鐵被氧化為Fe3+;根據(jù)表2數(shù)據(jù),Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=10-39,則c(OH-)=30.1×10-11mol·L-1,c(H+)=2×10-3mol·L-1,pH=2.7;Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)·c2(OH-)=10-17,則c(OH-)=10-8mol·L-1,所以控制pH為6時(shí),Zn2+開(kāi)始沉淀;如果不加H2O2,F(xiàn)e2+不能被氧化,根據(jù)Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相同,在pH=6時(shí),兩者將同時(shí)沉淀,則無(wú)法除去Zn2+中的Fe2+。即應(yīng)順填:Fe3+;2.7;6;Zn2+和Fe2+分離不開(kāi);Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近。

        (收稿日期:2016-03-15)

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