Question

20．普通干電池，是一種廣泛使用的可移動化學電源，其結構如圖甲所示，電池反應是：Zn+2NH₄⁺+2MnO₂═Zn²⁺+2NH₃+Mn₂O₃+H₂O但這種一次性電池使用后的隨意丟棄，已經(jīng)是不可忽視的環(huán)境問題．某中學的課外活動小組在老師指導下，用廢棄的電池進行處理回收．將電池剝離，得到石墨棒，清洗后作電化學實驗的電極．廢鋅皮和炭黑與錳的氧化物做以下處理
實驗一，用廢鋅制取防腐劑皓礬（ZnSO₄•7H₂O）（圖乙）

（1）操作一的名稱是：蒸發(fā)濃度、冷卻結晶．
（2）鋅的化學性質與鋁相似，也可以與強堿反應而溶解，但生成的是配合物Na₂[Zn（OH）₄]（四羥基鋅酸鈉）和H₂，該配合物中心離子是Zn²⁺，配位數(shù)是4．
實驗二，經(jīng)查相關資料：錳的氧化物都不溶于水，且都能與濃鹽酸反應生成氯氣．將分離得到的黑色粉末在空氣中充分灼燒，并做相關實驗，回答下列問題：
（1）灼燒的目的是：除去混合物中的碳，將灼燒后的固體冷卻，溶解、過濾、干燥得到的固體物質混合物Mn₂O₃和MnO₂．
（2）寫出Mn₂O₃與濃鹽酸反應的離子方程式：Mn₂O₃+6H⁺+2Cl^-═2Mn²⁺+Cl₂↑+3H₂O．
（3）取24.5g上述混合物，與足量的濃鹽酸充分反應，得到標況下的氯氣4.48L，則混合物中Mn₂O₃和MnO₂質量之比是：158：55．
實驗三，查詢資料得知，還可以通過電解的方式，將Mn₂O₃轉化為MnO₂，同學們設計了這樣的一個裝置（圖丙），將混合物粉末調成糊狀，附在其中的左邊電極上（填左或者右），該電極上發(fā)生的電極反應式是：Mn₂O₃-2e^-+2OH^-═2MnO₂+H₂O．在電解過程中溶液的pH將變大．（填變大、變小、不變）．

Answer 1

分析 實驗一：（1）用廢鋅制取防腐劑皓礬，由流程可知，加硫酸溶解生成硫酸鋅，過濾得到硫酸鋅溶液，操作一為蒸發(fā)濃度、冷卻結晶得到晶體；
（2）配合物Na₂[Zn（OH）₄]中，Zn²⁺為中心離子，OH^-為配體，配位數(shù)為4；
實驗二：（1）混合物灼燒時C轉化為二氧化碳氣體，與固體分離；
（2）Mn₂O₃與濃鹽酸反應，生成氯化錳、氯氣和水；
（3）設Mn₂O₃和MnO₂的物質的量分別為x、y，則
由質量關系可知158x+55y=24.5，
由電子守恒可知，2x×（3-2）+y×（4-2）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$×2×（1-0），以此計算Mn₂O₃和MnO₂質量比；
實驗三：以通過電解的方式，將Mn₂O₃轉化為MnO₂，在陽極上失去電子實現(xiàn)轉化，由圖可知，左側與電源正極相連為陽極，陰極氫離子放電，最終氫氧根離子濃度增大．

解答 解：實驗一：（1）由流程可知，由硫酸鋅溶液得到晶體，則操作一為蒸發(fā)濃度、冷卻結晶，故答案為：蒸發(fā)濃度、冷卻結晶；
（2）配合物Na₂[Zn（OH）₄]中，Zn²⁺為中心離子，OH^-為配體，配位數(shù)為4，故答案為：Zn²⁺；4；
實驗二：（1）混合物灼燒時C轉化為二氧化碳氣體，與固體分離，則灼燒的目的為除去混合物中的碳，故答案為：除去混合物中的碳；
（2）Mn₂O₃與濃鹽酸反應，生成氯化錳、氯氣和水，離子反應為Mn₂O₃+6H⁺+2Cl^-═2Mn²⁺+Cl₂↑+3H₂O，故答案為：Mn₂O₃+6H⁺+2Cl^-═2Mn²⁺+Cl₂↑+3H₂O；
（3）設Mn₂O₃和MnO₂的物質的量分別為x、y，則
由質量關系可知158x+55y=24.5，
由電子守恒可知，2x×（3-2）+y×（4-2）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$×2×（1-0），
解得x=y=0.1mol，物質的量相同，可知摩爾質量之比等于質量比，則Mn₂O₃和MnO₂質量比為158：55，
故答案為：158：55；
實驗三：以通過電解的方式，將Mn₂O₃轉化為MnO₂，在陽極上失去電子實現(xiàn)轉化，由圖可知，左側與電源正極相連為陽極，則將混合物粉末調成糊狀，附在其中的左邊電極上，該電極上發(fā)生的電極反應式是：Mn₂O₃-2e^-+2OH^-═2MnO₂+H₂O，陰極氫離子放電，2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，總反應消耗水，最終氫氧根離子濃度增大，則在電解過程中溶液的pH將變大，故答案為：左； Mn₂O₃-2e^-+2OH^-═2MnO₂+H₂O；變大．

點評 本題考查混合物分離提純的綜合應用，為高頻考點，把握混合物分離流程、氧化還原反應的計算、電解原理及應用等為解答該題的關鍵，側重分析和應用能力的考查，學習中注意相關基礎知識的積累，題目難度中等．