Question

9．堿性鋅錳電池是日常生活中消耗最大的電池，其構(gòu)造如圖1所示．
放電時總反應(yīng)為：Zn+2H₂O+2MnO₂=Zn（OH）₂+2MnOOH
從廢舊堿性鋅錳電池中回收Zn和MnO₂的工藝如圖2：

回答下列問題：
（1）MnOOH中，Mn元素的化合價為+3．
（2）“還原焙燒”過程中，高價金屬化合物被還原為低價氧化物或金屬單質(zhì)（其中MnOOH、MnO₂被還成MnO），主要原因是“粉料”中含有C．
（3）“凈化”為了除去浸出液中的Fe²⁺，方法是：加入H₂O₂（填化學(xué)式）溶液將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調(diào)節(jié)pH使Fe³⁺完全沉淀．已知浸出液中Mi²⁺、Zn²⁺的濃度約為0.1mol•L^-1，根據(jù)下列數(shù)據(jù)計算，調(diào)節(jié)pH的合理范圍是3至6．

化合物	Mn（OH）3	Zn（OH）2	Fe（OH）3
Ksp近似值	10-13	10-17	10-34

（離子濃度小于1×mol•L^-1即為沉淀完全）
（4）“電解”時，陽極的電極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．本工藝中應(yīng)循環(huán)利用的物質(zhì)是H₂SO₄（填化學(xué)式）．
（5）若將“粉料”直接與鹽酸共熱反應(yīng)后過濾，濾液的主要成分是ZnCl₂和MnCl₂．“粉料”中的MnOOH與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為2MnOOH+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MnCl₂+4H₂O+Cl₂↑．

Answer 1

分析 廢舊堿性鋅錳電池破碎得到紙塑料，粉料，鐵皮銅釘，粉料利用其中碳還原焙燒加入硫酸浸出過濾凈化后電解得到鋅和二氧化錳及其廢電解液，
（1）根據(jù)化合價代數(shù)和為0計算；
（2）廢舊堿性鋅錳電池粉料中含有碳具有還原性，“還原焙燒”過程中，碳將高價金屬化合物被還原為低價氧化物或金屬單質(zhì)（其中MnOOH、MnO₂被還原成MnO）；
（3）后用硫酸溶解鐵、鋅和MnO得到MnSO₄溶液和少量Fe²⁺、Zn²⁺，凈化過程中加入H₂O₂溶液將少量Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調(diào)節(jié)pH使Fe³⁺完全沉淀，最終得到MnSO₄溶液和Zn²⁺，結(jié)合溶度積常數(shù)計算PH；
（4）電解陽極Mn²⁺失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成MnO₂，陰極Zn²⁺得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Zn，廢電解液為硫酸，據(jù)此分析解答；
（5）根據(jù)MnOOH具有氧化性，與鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)書寫；
（6）根據(jù)每秒通過5×10^-6 mol電子計算出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目，再結(jié)合電子守恒計算消耗的Zn的質(zhì)量，據(jù)此計算．

解答 解：（1）根據(jù)化合價代數(shù)和為0，MnOOH中，Mn元素的化合價為+3價，
故答案為：+3；
（2）廢舊堿性鋅錳電池粉料中含有碳具有還原性，“還原焙燒”過程中，碳將高價金屬化合物被還原為低價氧化物或金屬單質(zhì)（其中MnOOH、MnO₂被還原成MnO），故答案為：C；
（3）“凈化”是為了除去浸出液中的Fe²⁺，利用H₂O₂溶液具有氧化性將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再由Mn（OH）₂、Zn（OH）₂的K_SP近似值可求得Mn²⁺，Zn²⁺開始沉淀時的氫氧根濃度分別為$\sqrt{\frac{1{0}^{-13}}{0.1}}$=10^-6，$\sqrt{\frac{1{0}^{-17}}{0.1}}$=10^-8，即Mn²⁺，Zn²⁺開始沉淀時的pH分別為8和6，而Fe（OH）₃沉淀完全時的氫氧根濃度為$\root{3}{\frac{1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}}$=10^-11，即
Fe（OH）₃沉淀完全時的pH為3，所以調(diào)節(jié)pH的合理范圍是 3-6，使Fe³⁺完全沉淀，Mn²⁺，Zn²⁺不沉淀，
故答案為：H₂O₂；3；6；
（4）電解陽極Mn²⁺失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成MnO₂，陽極的電極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，陰極Zn²⁺得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Zn，廢電解液為硫酸，則本工藝中應(yīng)循環(huán)利用的物質(zhì)是H₂SO₄，
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；H₂SO₄；
（5）“粉料”中的MnOOH具有氧化性，與鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為2MnOOH+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MnCl₂+4H₂O+Cl₂↑，
故答案為：2MnOOH+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MnCl₂+4H₂O+Cl₂↑．

點評 本題考查混合物的分離和提純，側(cè)重考查學(xué)生對知識的綜合運用能力，涉及電解原理、氧化還原反應(yīng)，知道流程圖中各個步驟發(fā)生的反應(yīng)、基本操作，題目難度中等．