例析應(yīng)用型電池問題

華振

例1汽車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，書寫電極反應(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。請運(yùn)用所學(xué)

知識(shí)推測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)?，顯然空氣中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，其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產(chǎn)生MnOOH。回收處理該廢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，過濾，濾液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通過分離回收；濾渣的主要成分是MnO2、和，欲從中得到較純的MnO2，最簡便的方法是，其原理是。

（4）用廢電池的鋅皮制備ZnSO4·7H2O的過程中，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)?，加堿調(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)，鋅開始沉淀（假定Zn2+濃度為0.1mol·L-1）。若上述過程不加

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，則無法除去Zn2+中的Fe2+。即應(yīng)順填：Fe3+；2.7；6；Zn2+和Fe2+分離不開；Fe（OH）2和Zn（OH）2的Ksp相近。

（收稿日期：2016-03-15）