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�；厥仗幚碓搹U電池可以得到多種化工原料。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________________________________________，

（2）廢電池糊狀填充物加水處理后，過濾，濾液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通過加熱濃縮、冷卻結(jié)晶分離回收；濾渣的主要成分是MnO2、C和MnOOH，欲從中得到較純的MnO2，最簡便的方法是_______，

（3）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H2O2溶解，加堿調(diào)節(jié)至pH為________時，鐵剛好沉淀完全(離子濃度小于1×10－5 mol·L－1時，即可認為該離子沉淀完全，若上述過程不加H2O2后果是__________原因是_____________________。

Answer 1

【答案】MnO2+H++e-=MnOOH 空氣中加熱 2.7 Zn2+ 和Fe2+ 分離不開 Fe(OH)2 和 Zn（OH）2的Ksp相近

【解析】

（1）酸性鋅錳干電池中MnO2在酸性環(huán)境下被還原為MnOOH，據(jù)此寫出及反應(yīng)方程式；

（2）濾渣中的不溶物主要是MnO2、碳粉和MnOOH。欲得到純凈的MnO2，最簡便的方式就是灼燒該混合物；

（3）在溶液中加入稀硫酸后，鐵溶解變?yōu)槎�價鐵，加入過氧化氫后，二價鐵被氧化為三價鐵，因此鐵在溶液中存在形式主要是鐵離子，當鐵的離子濃度為1×10－5 mol·L－1時，根據(jù)題中所給溶度積數(shù)據(jù)，求出c(OH-)，進而求出溶液的pH；若不添加過氧化氫將二價鐵氧化為三價鐵，則溶液中含有大量的二價鐵離子，而根據(jù)題中溶度積數(shù)據(jù)，氫氧化亞鐵和氫氧化鋅的溶度積常數(shù)相近，加入堿后二者均會析出，據(jù)此進行分析；

（1）酸性鋅錳干電池的反應(yīng)物為MnO2、H+等，生成物為MnOOH ，故其正極反應(yīng)式為：MnO2+H++e-=MnOOH；

綜上所述，本題答案是：MnO2+H++e-=MnOOH。

（2）根據(jù)溶解度表可知，在溫度較高時，氯化鋅和氯化銨的溶解度相差較大，因此可以通過加熱溶液，冷卻結(jié)晶利用二者溶解度的差異的方法將二者分離；濾渣中不溶物主要是MnO2、碳粉和MnOOH。欲得到純凈的MnO2，最簡便的方式就是灼燒該混合物，發(fā)生反應(yīng)C+O2=CO2和4MnOOH+O2= 4MnO2+2H2O，最終只留下MnO2。

綜上所述，本題答案是：空氣中加熱。

（3）在溶液中加入稀硫酸后，鐵溶解變?yōu)槎�價鐵，加入過氧化氫后，二價鐵被氧化為三價鐵，因此鐵在溶液中存在形式主要是鐵離子，當鐵的離子濃度為1×10－5 mol·L－1時，根據(jù)題中所給溶度積數(shù)據(jù)，c(Fe3+)×c3(OH-)=Ksp，1×10－5 mol·L－1×c3(OH-)=10－39，c3(OH-)=10－34，c(OH-)=10-11.3，所以氫離子的物質(zhì)的量濃度為10-2.7，計算得到溶液的pH約為2.7；若不添加過氧化氫將二價鐵氧化為三價鐵，則溶液中含有大量的二價鐵離子，而根據(jù)題中溶度積數(shù)據(jù)，氫氧化亞鐵和氫氧化鋅的溶度積常數(shù)相近，加入堿后二者均會析出，Zn2+ 和Fe2+ 分離不開，使產(chǎn)物中含有雜質(zhì)。

綜上所述，本題答案是：2.7 ，Zn2+ 和Fe2+ 分離不開，F(xiàn)e(OH)2 和 Zn（OH）2的Ksp相近。