Question

3．Zn-MnO₂干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液．
（1）该电池的负极材料是Zn（或锌）．电池工作时，电子流向正极（填“正极”或“负极”）．
（2）若ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液中含有杂质Cu²⁺，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀．欲除去Cu²⁺，最好选用下列试剂中的b（填代号）．
a．NaOH   b．Zn        c．Fe     d．NH₃•H₂O
（3）电池是应用广泛的能源．
设计两种类型的原电池，比较其能量转化效率．限选材料：ZnSO₄（aq），FeSO₄（aq），CuSO₄（aq）；铜片，铁片，锌片和导线．完成原电池甲的装置示意图如图），并作相应标注．要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素．以铜片为电极之一，CuSO_4（aq）为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙．甲、乙两种原电池中乙的能量转化效率较低，其原因是甲可以保持电流稳定，化学能基本都转化为电能；而乙中的活泼金属还可以与CuSO₄溶液发生置换反应，部分能量转化为热能．

Answer 1

分析 （1）锌锰原电池中负极材料为活泼金属Zn，MnO₂为正极，电池工作时电子从负极经外电路流向正极；
（2）若ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液中含有杂质Cu²⁺，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀．除杂时不能引入新杂质，应选Zn将Cu²⁺ 置换为单质而除去；
（3）依据原电池原理和盐桥的作用，在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素，设计不同的电极为铜和锌，电解质溶液为硫酸铜和硫酸锌溶液；
从电硫稳定，能量转化彻底，反应速率快等分析判断；

解答 解：（1）负极上是失电子的，则Zn失电子为负极，电子由负极流向正极，故答案为：Zn（或锌）； 正极；
（2）电化学腐蚀较化学腐蚀更快，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀．题目中a和d选项不能除去杂质离子，c项会引入新杂质，所以应选Zn将Cu²⁺ 置换为单质而除去．故答案为：锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀；b；
（3）在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素，如图示设计原电池，锌做负极，铜做正极，原电池的甲装置示意图为：

甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是甲，因为甲可以保持电流稳定，化学能基本都转化为电能．而乙中的活泼金属还可以与CuSO₄溶液发生置换反应，部分能量转化为热能，
故答案为：；甲可以保持电流稳定，化学能基本都转化为电能；而乙中的活泼金属还可以与CuSO₄溶液发生置换反应，部分能量转化为热能；

点评 本题是将典型的实验知识与原电池原理、电解原理相融合的题型，涉及了电极材料分析、电解液净化及相关电化学计算等内容，具有较宽的知识覆盖面．学习中要电化学基础知识掌握扎实．