Question

鋅錳干電池是普通使用的化學(xué)電源，其中含有MnO₂、NH₄Cl、ZnCl₂等的糊狀物，以鋅筒為負極材料，石墨為正極材料。一節(jié)干電池，電動勢E=1.5 V，內(nèi)電阻r=0.25 Ω，對外供電時效率η=75%。該干電池的工作原理是：Zn+2MnO₂+2Zn²⁺+Mn₂O₃+2NH₃↑+H₂O。

(1)寫出該干電池放電時的電極反應(yīng)式：

正極：______________，負極：______________；該電池用久了，其外殼就會變軟，主要原因是______________。

(2)該電池的正極反應(yīng)前后經(jīng)歷了下列兩個反應(yīng)：

2+2e^-2NH₃↑+H₂↑

2MnO₂+H₂Mn₂O₃+H₂O

如果正極反應(yīng)沒有MnO₂的參與，電池將難以持續(xù)穩(wěn)定地工作，主要理由是_____________。

(3)在供電時間為10 min時，反應(yīng)的MnO₂的質(zhì)量為______________g，外電阻消耗的電能是_____________J。

Answer 1

解析：(1)據(jù)該干電池的工作原理：Zn+2MnO₂+2Zn²⁺+Mn₂O₃+2NH₃↑+H₂O①，知失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的是Zn(反應(yīng)中作還原劑)，所以負極反應(yīng)式為：Zn-2e^-Zn²⁺②；在干電池反應(yīng)中MnO₂作氧化劑得電子被還原，其正極反應(yīng)為：方程式①-電極反應(yīng)②=正極反應(yīng)式，即得2MnO₂+2+2e^-Mn₂O₃+2NH₃↑+H₂O。因此隨著電池反應(yīng)進行，作負極的Zn失去電子被消耗，同時電池內(nèi)部的MnO₂粉末與銨鹽反應(yīng)生成了H₂O。隨著Zn的消耗，鋅筒變薄，又有水生成，使電池變軟了。

(2)如果電池內(nèi)部沒有MnO₂，那么正極上得電子后生成的H₂就難于迅速散失。生成的H₂就附著在電極上，使電池的內(nèi)阻增大，當(dāng)增大到一定程度，電池就會停止工作。

(3)由=75%，r=0.25 Ω，解得R=0.75 Ω，

I===1.5 A。

通電10 min,

消耗的電荷量：Q=I·t=1.5 A×10×60 s=900 C，

轉(zhuǎn)移的電子：=9.34×10^-3 mol，

反應(yīng)的MnO₂質(zhì)量：9.34×10^-3 mol×87 g· mol^-1=0.813 g,

外電阻消耗電能：W=I²Rt=(1.5 A)²×0.75Ω×600 s=1 012.5 J。

答案：(1)Zn-2e^-Zn²⁺    2MnO₂+2+2e^-Mn₂O₃+2NH₃↑+H₂O  鋅筒變薄，又有水生成

(2)生成的H₂就附著在電極上，使電池的內(nèi)阻增大

(3)0.813  1012.5