Question

【題目】我國是干電池的生產和消費大國。某科研團隊設計了以下流程對堿性鋅錳干電池的廢舊資源進行回收利用：

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

⑴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。電池總反應為2MnO2+ Zn+2KOH= 2MnOOH+K2ZnO2，請寫出電池的正極反應式_____________；

⑵為了提高碳包的浸出效率，可以采取的措施有________________________；(寫一條即可)

⑶向濾液1中加入MnS的目的是__________________________________________；

⑷已知MnSO4的溶解度曲線如圖所示，從濾液2中析出MnSO4·H2O晶體的操作是蒸發結晶、____________________、洗滌、低溫干燥；

⑸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，得到數據如表1，請寫出最佳試劑X與碳包中的主要成分發生反應的化學方程式_____________。

⑹工業上經常采用向濾液2中加入NaHCO3溶液來制備MnCO3，不選擇Na2CO3溶液的原因是___________________________________；

⑺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Mn2+在電池中的百分含量，化學方程式可以表示為Mn2++Y2－=MnY。實驗過程如下：

準確稱量一節電池的質量平均為24.00g，完全反應后，得到200.00mL濾液2，量取10.00mL濾液2稀釋至100.00mL，取20.00mL溶液用0.0500molL－1EDTA標準溶液滴定，平均消耗標準溶液22.00mL，則該方案測得Mn元素的百分含量為________。(保留3位有效數字)

Answer 1

【答案】 MnO2+H2O +e－= MnOOH+OH－ 適當的升溫(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，容易產生Mn(OH)2的沉淀 25.2%

【解析】⑴鋅粉為負極，發生氧化反應，氫氧化鉀溶液為電解質時發生的電極反應式為Zn+4OH--2e-= ZnO22-+2H2O，用電池總反應2MnO2+ Zn+2KOH= 2MnOOH+K2ZnO2減去負極電極反應，即得電池的正極反應式為MnO2+H2O +e－= MnOOH+OH－；

⑵通過適當的升溫、固體粉碎或攪拌等措施可提高碳包的浸出效率；

⑶濾液1含有Zn2+，遇加入的MnS可以生成ZnS沉淀，再通過過濾即可除去；

⑷有MnSO4的溶解度曲線可知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溶液蒸發結晶、趁熱過濾、洗滌、并低溫干燥防分解即可得到MnSO4·H2O晶體；

⑸由表1可知選用30%的過氧化氫獲得的MnSO4質量最高，則30%的過氧化氫為最佳試劑，與MnO2在酸性條件下發生反應的化學方程式為H2O2+MnO2+H2SO4=MnSO4+2H2O+O2↑或

H2O2+ 2MnOOH+2H2SO4=2MnSO4+4H2O+O2↑；

⑹相同濃度的NaHCO3溶液和Na2CO3溶液，因CO32-的水解能力強于HCO3-，Na2CO3溶液的堿性強，更容易產生Mn(OH)2的沉淀；

⑺消耗EDTA的物質的量為0.0500molL－1×0.022L=0.0011mol，則樣品中Mn2+的物質的量為0.0011mol×=0.11mol，Mn元素的百分含量為×100%=25.2%。