【題目】堿性鋅錳電池是日常生活中消耗量最大的電池,其構(gòu)造如圖所示。

放電時(shí)總反應(yīng)為:Zn + 2H2O + 2MnO2Zn(OH)2 + 2MnOOH

從廢舊堿性鋅錳電池中回收Z(yǔ)n和MnO2的工藝如下:

回答下列問(wèn)題:

(1)MnOOH中,Mn元素的化合價(jià)為________。

(2)“還原焙燒”過(guò)程中,高價(jià)金屬化合物被還原為低價(jià)氧化物或金屬單質(zhì)(其中MnOOH、MnO2被還原成MnO),主要原因是“粉料”中含有________。

(3)“凈化”是為了除去浸出液中的Fe2+,方法是:加入________(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。(離子濃度小于1×10-5mol·L-1即為沉淀完全)已知浸出液中Mn2+、Zn2+的濃度約為0.1 mol·L-1,根據(jù)下列數(shù)據(jù)計(jì)算調(diào)節(jié)pH的合

理范圍是________________。

化合物

Mn(OH)2

Zn(OH)2

Fe(OH)3

KSP近似值

10-13

10-17

10-38

(4)“電解”時(shí),陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_____。本工藝中應(yīng)循環(huán)利用的物質(zhì)是_____(填化學(xué)式)。

(5)若將“粉料”直接與鹽酸共熱反應(yīng)后過(guò)濾,濾液的主要成分是ZnCl2和MnCl2!胺哿稀敝械腗nOOH與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為________

(6)某堿性鋅錳電池維持電流強(qiáng)度0.5A(相當(dāng)于每秒通過(guò)5×10-6 mol電子),連續(xù)工作80分鐘即接近失效。如果制造一節(jié)電池所需的鋅粉為6 g,則電池失效時(shí)仍有________%的金屬鋅未參加反應(yīng)。

【答案】 +3 C 3 6 87

【解析】(1)根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0,MnOOH中,Mn元素的化合價(jià)為+3價(jià);
(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(guò)程中,碳將高價(jià)金屬化合物被還原為低價(jià)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KSP近似值可求得Mn2+,Zn2+開(kāi)始沉淀時(shí)的氫氧根濃度分別為=10-6,即Mn2+,Zn2+開(kāi)始沉淀時(shí)的pH分別為8和6,而Fe(OH)3沉淀完全時(shí)的氫氧根濃度為=10-11,即Fe(OH)3沉淀完全時(shí)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;
(4)電解陽(yáng)極Mn2+失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成MnO2,陽(yáng)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+6HCl2MnCl2+4H2O+Cl2↑;
(6)80分鐘轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為5×10-6 mol×80×60=0.024mol,則消耗的Zn的質(zhì)量為×65g/mol=0.78g,所以如果制造一節(jié)電池所需的鋅粉為6g,則電池失效時(shí)仍有×100%=87%的金屬鋅未參加反應(yīng)。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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1t℃時(shí),將2molSO21molO2通入體積為2L的恒溫恒容密閉容器中,發(fā)生如下反應(yīng):2SO2 (g)+O2(g)2SO3(g),△H-196.6kJ·mol-1。2min時(shí)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài),此時(shí)測(cè)得反應(yīng)物O2還剩余0.8mol,填寫(xiě)下列空白:

從反應(yīng)開(kāi)始到化學(xué)平衡狀態(tài),生成SO3的平均反應(yīng)速率為_____;此時(shí)反應(yīng)物O2的轉(zhuǎn)化率是___________;

下列敘述能證明該反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是______(填標(biāo)號(hào),下同);

A.容器內(nèi)壓強(qiáng)不再發(fā)生變化

B. SO2的體積分?jǐn)?shù)不再發(fā)生變化

C. 容器內(nèi)氣體原子總數(shù)不再發(fā)生變化

D. 相同時(shí)間內(nèi)消耗2nmol SO2的同時(shí)消耗n molO2

③t℃時(shí),若將4mol SO22mol O2的混合氣體通入上述恒溫恒容密閉容器中,反應(yīng)重新達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率與① 比較_______(填增大、不變減小)。

2)今有常溫下的下列溶液:

①0.1mol/LFeC13 溶液呈_______(填酸性、中性堿性”)

實(shí)驗(yàn)測(cè)得0.1mol/LNaHCO3溶液pH>7,則NaHCO3的電離程度_______水解程度(填大于、等于小于)。

0.10mol/L硫酸銅溶液中加入氫氧化鈉稀溶液充分反應(yīng)有淺藍(lán)色氫氧化銅沉淀生成,當(dāng)溶液的pH=8時(shí),c(Cu2+)=_________(已知Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-2O)。

3事實(shí)證明,原電池中發(fā)生的反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)。利用下列反應(yīng)可以設(shè)計(jì)為原電池的是_________

A. C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H>0

B.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H<0

C.2H2(g)+O2(g)=H2O(l△H<0

KOH溶液為電解質(zhì)溶液,依據(jù)所選反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池,其正極反應(yīng)式是________;

電解原理在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。下圖所示電解池中,aCuSO4溶液,XY為惰性電極,則Y電極附近溶液的pH變化是_______增大”“不變減小)。

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1)寫(xiě)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:A F C

2)反應(yīng)類(lèi)型:X 、Y

3)寫(xiě)出化學(xué)反應(yīng)方程式:

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