Question

【題目】我國是干電池的生產(chǎn)和消費大國。某科研團隊設計了以下流程對廢舊堿性鋅錳干電池的資源進行回收：

已知：

①Ksp(MnS)=2.5×10－13，Ksp(ZnS)=1.6×10－24

②Mn(OH)2開始沉淀時pH為8.3，完全沉淀的pH為9.8

③ 0.1 mol/L NaHCO3溶液的pH約為8；0.1 mol/L Na2CO3溶液的pH約為11。

(1)堿性鋅錳干電池是以鋅粉為負極，二氧化錳為正極，氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)。電池總反應為：2MnO2+Zn+2KOH= 2MnOOH+K2ZnO2，請寫出電池的正極反應式________________________________；

(2)為了提高碳包的浸出效率，可以采取的措施有______________________________；(寫一條即可)

(3)向濾液1中加入MnS的目的是__________________________________________；

(4)已知MnSO4的溶解度曲線如圖所示，從濾液2中析出MnSO4·H2O晶體的操作是蒸發(fā)結晶、____________________、洗滌、低溫干燥；

(5)為了選擇試劑X，在相同條件下，分別用3 g碳包進行制備MnSO4的實驗，得到數(shù)據(jù)如下表，請寫出最佳試劑X與碳包中的主要成分發(fā)生反應的化學方程式________________。

實驗編號	試劑X	MnSO4/g
1	鋅粉	2.4
2	鐵粉	2.7
3	FeS粉末	3.0
4	30%過氧化氫	3.7

(6)工業(yè)上經(jīng)常采用向濾液2中加入NaHCO3溶液來制備MnCO3，不選擇Na2CO3溶液的原因是_______________________________________；

(7)該科研小組利用EDTA(乙二胺四乙酸二鈉，陰離子簡寫為Y2－)進行絡合滴定，測定Mn元素在電池中的質(zhì)量百分數(shù)。

實驗過程如下：

①將一節(jié)廢舊堿性鋅錳干電池拆解后，去除金屬、碳棒以及外包裝后；

②準確稱取固體粉末1.200 g；

③經(jīng)過水浸…等步驟得到濾液1(<100 mL)；

④將濾液1稀釋至100.00 mL；

⑤取20.00 mL溶液用0.0500 molL－1EDTA標準溶液滴定；在一定條件下，只發(fā)生反應：Mn2++Y2－=MnY。

⑥重復滴定3次，平均消耗標準溶液22.00 mL。

則Mn元素的質(zhì)量百分數(shù)為________。(保留3位有效數(shù)字)

Answer 1

【答案】MnO2+H2O +e－= MnOOH+OH－ 適當?shù)纳郎?/span>(或攪拌) 將溶液中的Zn2+轉化為ZnS沉淀而除去 趁熱過濾 H2O2+MnO2+H2SO4=MnSO4+2H2O+O2↑或H2O2+ 2MnOOH+2H2SO4=2MnSO4+4H2O+O2↑ Na2CO3溶液的堿性強，容易產(chǎn)生Mn(OH)2的沉淀 25.2%

【解析】

鋅錳干電池水浸拆分處理得當金屬為鋅,電解質(zhì)浸泡過濾分離得到鋅粉和鋅酸鉀,碳包加入硫酸和過氧化氫,分離得到石墨和濾液1,加入MnS分離鋅離子生成硫化鋅,過濾得到濾液2為硫酸錳,硫化鋅轉化為鋅酸鉀；由MnSO4的溶解度曲線可以知道, MnSO4·H2O在溫度超過40后溶解度隨溫度的升高而降低,則將濾液2溶液蒸發(fā)結晶、趁熱過濾、洗滌、并低溫干燥得到MnSO4·H2O晶體;

（1）由電池的總反應知，放電時二氧化錳作正極，得電子，在堿性條件下生成氫氧化氧錳，正極的反應方程式為MnO2+H2O +e－= MnOOH+OH－。答案：MnO2+H2O +e－= MnOOH+OH－。

（2）為了提高碳包的浸出效率，可將碳包粉碎，增大接觸面積，或適當?shù)纳郎?/span>(或攪拌) 加快浸出的速率。答案：適當?shù)纳郎?/span>(或攪拌)或可將碳包粉碎。

（3）根據(jù)題目的信息，硫化鋅的溶解度遠小于硫化錳，加硫化錳的目的是使溶液中的鋅離子轉化為硫化鋅沉淀，且不引入其他的雜質(zhì)陽離子。答案：將溶液中的Zn2+轉化為ZnS沉淀而除去。

（4）MnSO4·H2O晶體隨著溫度的升高，溶解度逐漸減小，故從濾液2中析出MnSO4·H2O晶體的操作是蒸發(fā)結晶、趁熱過濾、洗滌、低溫干燥。答案：趁熱過濾。

（5）由表知，試劑X為30%過氧化氫時，目標產(chǎn)物的質(zhì)量最大，碳包的成分二氧化錳和硫酸、過氧化氫的反應方程式為H2O2+MnO2+H2SO4=MnSO4+2H2O+O2↑或H2O2+ 2MnOOH+2H2SO4=2MnSO4+4H2O+O2↑ 。答案：H2O2+MnO2+H2SO4=MnSO4+2H2O+O2↑或H2O2+ 2MnOOH+2H2SO4=2MnSO4+4H2O+O2↑。

（6）已知：Mn(OH)2開始沉淀時pH為8.3,完全沉淀的pH為9.8，碳酸鈉溶液的堿性強于碳酸氫鈉，加碳酸鈉，會使錳離子轉化為氫氧化錳沉淀，減少產(chǎn)品的產(chǎn)量。答案：Na2CO3溶液的堿性強，容易產(chǎn)生Mn(OH)2的沉淀。

（7）消耗EDTA標準溶液物質(zhì)的量=0.0500mol/L0.0220L=0.0011mol,Mn2++Y2-= MnY ,則樣品中Mn2+的物質(zhì)的量為0.0011mol =0.11mol元素守恒得到Mn元素的百分含=100=25.2%因此答案是: 25.2%。