Question

【題目】酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是碳粉，MnO2，ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物，該電池在放電過程產生MnOOH，回收處理該廢電池可得到多種化工原料，有關數據下表所示：

溶解度/(g/100g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	10-38

回答下列問題：

（1）該電池的正極反應式為___，電池反應的離子方程式為：___。

（2）維持電流強度為0.5A，電池工作十分鐘，理論上消耗Zn___g。（已經F=96500C/mol）

（3）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__分離回收；濾渣的主要成分是MnO2、___和___，欲從中得到較純的MnO2，最簡便的方法是在空氣中加熱，其原理是___。

（4）用廢電池的鋅皮制備ZnSO4·7H2O的過程中，需去除少量雜質鐵，其方法是：加稀硫酸和H2O2溶解，鐵變為__，加堿調節至pH為__時，鐵剛好完全沉淀；繼續加堿調節至pH為___時，鋅開始沉淀（假定Zn2＋濃度為0.1mol/L）。若上述過程不加H2O2后果是___，原因是__。

Answer 1

【答案】MnO2＋e-＋H＋=MnOOH Zn＋2MnO2＋2H＋=Zn2＋＋2MnOOH 0.1g 加熱濃縮、冷卻結晶 碳粉 MnOOH 碳粉轉變為CO2，MnOOH氧化為MnO2 Fe3+ 3 6 Zn2＋和Fe2＋分離不開 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近

【解析】

⑴酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，鋅是活潑的金屬，鋅是負極，電解質顯酸性；中間是碳棒，碳棒是正極，是酸性環境，其中二氧化錳得到電子轉化為MnOOH。

⑵先計算通過的電量，再計算通過電子的物質的量，再計算理論消耗Zn的質量。

⑶廢電池糊狀填充物加水處理后，過濾，濾液中主要有氯化鋅和氯化銨。根據表中數據可知氯化鋅的溶解度受溫度影響較大，因此兩者可以通過結晶分離回收，二氧化錳、碳粉、MnOOH均難溶于水，由于碳燃燒生成CO2，MnOOH能被氧化轉化為二氧化錳。

⑷雙氧水具有強氧化性，能把鐵氧化為鐵離子，根據氫氧化鐵的溶度積常數計算鐵離子完全沉淀時溶液中氫氧根的濃度，再計算氫離子濃度，再計算pH，同理根據氫氧化鋅的溶度積常數計算開始沉淀時的c(OH－)，再計算氫離子濃度和pH，由于氫氧化亞鐵和氫氧化鋅的溶度積常數接近，因此在沉淀鋅離子的同時亞鐵離子也沉淀，導致生成的氫氧化鋅不純。

⑴酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，鋅是活潑的金屬，鋅是負極，電解質顯酸性，則負極電極反應式為Zn－2e－＝Zn2＋。中間是碳棒，碳棒是正極，是酸性環境，其中二氧化錳得到電子轉化為MnOOH，則正極電極反應式為MnO2＋e－＋H＋＝MnOOH，所以總反應式為Zn＋2MnO2＋2H＋＝Zn2＋＋2MnOOH；故答案為：MnO2＋e－＋H＋＝MnOOH；Zn＋2MnO2＋2H＋＝Zn2＋＋2MnOOH。

⑵維持電流強度為0.5A，電池工作十分鐘，則通過的電量是0.5×600＝300C，因此通過電子的物質的量是，鋅在反應中失去2個電子，則理論消耗Zn的質量；故答案為0.1g。

⑶廢電池糊狀填充物加水處理后，過濾，濾液中主要有氯化鋅和氯化銨。根據表中數據可知氯化鋅的溶解度受溫度影響較大，因此兩者可以通過結晶分離回收，即通過蒸發濃縮、冷卻結晶實現分離。二氧化錳、碳粉、MnOOH均難溶于水，因此濾渣的主要成分是二氧化錳、碳粉、MnOOH。由于碳燃燒生成CO2，MnOOH能被氧化轉化為二氧化錳；故答案為：加熱濃縮、冷卻結晶；碳粉；MnOOH；碳粉轉變為CO2，MnOOH氧化為MnO2。

⑷雙氧水具有強氧化性，能把鐵氧化為鐵離子，因此加入稀硫酸和雙氧水，溶解后鐵變為硫酸鐵。根據氫氧化鐵的溶度積常數可知，當鐵離子完全沉淀時溶液中鐵離子濃度為105 mol·L1，，則溶液中氫氧根的濃度是c(OH－)= 1×1011 mol·L1，所以氫離子濃度是c(H+)= 1×103 mol·L1，pH＝3，因此加堿調節pH為3時鐵剛好完全沉淀。Zn2＋濃度為0.1 mol·L1，根據氫氧化鋅的溶度積常數可知，開始沉淀時的c(OH－)= 1×108 mol·L1，氫離子濃度是c(H+)= 1×106 mol·L1，pH＝6，即繼續加堿調節pH為6時鋅開始沉淀。如果不加雙氧水，則鐵與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵，由于氫氧化亞鐵和氫氧化鋅的溶度積常數接近，因此在沉淀鋅離子的同時亞鐵離子也沉淀，導致生成的氫氧化鋅不純，無法分離開Zn2＋和Fe2＋；故答案為：Fe3+；3；6；Zn2＋和Fe2＋分離不開；Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近。