Question

【題目】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)如下表所示：

溶解度/(g/100 g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

回答下列問題：

（1）該電池的正極反應(yīng)式為________________________________________，

電池反應(yīng)的離子方式為________________________________________。

（2）維持電流強(qiáng)度為0.5 A，電池工作5分鐘，理論上消耗鋅________g。(已知F＝96 500 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，最簡便的方法為________，其原理是_______________________________________________________。

Answer 1

【答案】（1）MnO2＋H＋＋e－===MnOOH 2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋

[注：式中Zn2＋可寫為Zn(NH3)42+，Zn(NH3)2Cl2等，H＋可寫為]

（2）0.05

（3）加熱濃縮、冷卻結(jié)晶 碳粉 MnOOH 在空氣中加熱 碳粉轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2，MnOOH氧化為MnO2

【解析】（1）酸性鋅錳干電池中正極上發(fā)生還原反應(yīng)，該電池放電過程中產(chǎn)生MnOOH，則正極反應(yīng)式為MnO2＋H＋＋e－===MnOOH。金屬鋅做負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成Zn2＋，則負(fù)極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋，結(jié)合得失電子守恒可得電池反應(yīng)式為2MnO2＋2H＋＋Zn===2MnOOH＋Zn2＋。

（2）電流強(qiáng)度為I＝0.5 A，時間為t＝5 min＝300 s，則通過電極的電量為Q＝It＝0.5 A×300 s＝150 C，又知F＝96 500 C·mol－1，故通過電子的物質(zhì)的量為≈0.001 6 mol，則理論上消耗Zn的質(zhì)量為 65 g·mol－1×0.001 6 mol×1/2≈0.05 g。

（3）由NH4Cl、ZnCl2的溶解度與溫度的關(guān)系可知，相同溫度下，ZnCl2的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于NH4Cl，因此從濾液中分離NH4Cl和ZnCl2，可采用加熱濃縮、冷卻結(jié)晶的方法。廢電池的糊狀填充物由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成，加水處理后，過濾，濾渣中含有碳粉、MnO2及MnOOH等，欲從中得到較純的MnO2，可采用在空氣中加強(qiáng)熱的方法，碳粉與O2反應(yīng)生成CO2，MnOOH氧化為MnO2。