Question

酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是碳粉，MnO₂，ZnCl₂和NH₄Cl等組成的糊狀填充物，該電池在放電過(guò)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)下表所示：

溶解度/(g/100g水)

溫度/℃ 化合物	0	20	40	60	80	100
NH4Cl	29.3	37.2	45.8	55.3	65.6	77.3
ZnCl2	343	395	452	488	541	614

化合物	Zn(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3
Ksp近似值	10-17	10-17	10-39

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)度為0.5A，電池工作五分鐘，理論上消耗Zn   g。（已經(jīng)F＝96500C/mol）

（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，需去除少量雜質(zhì)鐵，其方法是：加稀硫酸和H₂O₂溶解，鐵變?yōu)開(kāi)____，加堿調(diào)節(jié)至pH為   時(shí)，鐵剛好完全沉淀（離子濃度小于1×10^-5mol/L時(shí)，即可認(rèn)為該離子沉淀完全）；繼續(xù)加堿調(diào)節(jié)至pH為_(kāi)____時(shí)，鋅開(kāi)始沉淀（假定Zn^2＋濃度為0.1mol/L）。若上述過(guò)程不加H₂O₂后果是    ，原因是    。

Answer 1

【答案】（1）MnO₂＋e^—＋H^＋＝MnOOH；Zn＋2MnO₂＋2H^＋＝Zn^2＋＋2MnOOH  （2）0.05g

（3）加熱濃縮、冷卻結(jié)晶；鐵粉、MnOOH；在空氣中加熱；碳粉轉(zhuǎn)變?yōu)镃O₂，MnOOH氧化為MnO₂  （4）Fe^3＋；2.7；6；Zn^2＋和Fe^2＋分離不開(kāi)；Fe(OH)₂和Zn(OH)₂的Ksp相近

【解析】（1）酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，鋅是活潑的金屬，鋅是負(fù)極，電解質(zhì)顯酸性，則負(fù)極電極反應(yīng)式為Zn—2e^—＝Zn^2＋。中間是碳棒，碳棒是正極，其中二氧化錳得到電子轉(zhuǎn)化為MnOOH，則正極電極反應(yīng)式為MnO₂＋e^—＋H^＋＝MnOOH，所以總反應(yīng)式為Zn＋2MnO₂＋2H^＋＝Zn^2＋＋2MnOOH。

（2）維持電流強(qiáng)度為0.5A，電池工作五分鐘，則通過(guò)的電量是0.5×300＝150，因此通過(guò)電子的物質(zhì)的量是，鋅在反應(yīng)中失去2個(gè)電子，則理論消耗Zn的質(zhì)量是。

（3）廢電池糊狀填充物加水處理后，過(guò)濾，濾液中主要有氯化鋅和氯化銨。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知氯化鋅的溶解度受溫度影響較大，因此兩者可以通過(guò)結(jié)晶分離回收，即通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶實(shí)現(xiàn)分離。二氧化錳、鐵粉、MnOOH均難溶于水，因此濾渣的主要成分是二氧化錳、碳粉、MnOOH。由于碳燃燒生成CO₂，MnOOH能被氧化轉(zhuǎn)化為二氧化錳，所以欲從中得到較純的二氧化錳，最簡(jiǎn)便的方法是在空氣中灼燒。

（4）雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能把鐵氧化為鐵離子，因此加入稀硫酸和雙氧水，溶解后鐵變?yōu)榱蛩徼F。根據(jù)氫氧化鐵的溶度積常數(shù)可知，當(dāng)鐵離子完全沉淀時(shí)溶液中鐵離子濃度為10^—5mol/L，則溶液中氫氧根的濃度＝，所以氫離子濃度是2×10^—3mol/L，pH＝2.7，因此加堿調(diào)節(jié)pH為2.7時(shí)鐵剛好完全沉淀。Zn^2＋濃度為0.1mol/L，根據(jù)氫氧化鋅的溶度積常數(shù)可知開(kāi)始沉淀時(shí)的氫氧根濃度為＝＝10^—8mol/L，氫離子濃度是10^—6mol/L，pH＝6，即繼續(xù)加堿調(diào)節(jié)pH為6時(shí)鋅開(kāi)始沉淀。如果不加雙氧水，則鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵，由于氫氧化亞鐵和氫氧化鋅的溶度積常數(shù)接近，因此在沉淀鋅離子的同時(shí)亞鐵離子也沉淀，導(dǎo)致生成的氫氧化鋅不純，無(wú)法分離開(kāi)Zn^2＋和Fe^2＋。

【考點(diǎn)定位】本題主要是考查原電池原理的應(yīng)用、物質(zhì)的分離與提純等，涉及電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)、電解計(jì)算、溶度積常數(shù)的應(yīng)用、pH計(jì)算、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作等。

【名師點(diǎn)晴】該題以酸性鋅錳干電池為載體綜合考查了氧化還原反應(yīng)、電化學(xué)、化學(xué)計(jì)算、物質(zhì)的分離與提純等，能夠很好地考查考生所掌握的化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)�？疾榱藢W(xué)生對(duì)知識(shí)理解、綜合運(yùn)用能力及閱讀材料接受信息的能力和思維能力，對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握情況。這道高考題為一道中高檔題，能力要求較高。