Question

（14分）酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉，MnO₂，ZnCl₂和NH₄Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：

溶解度/（g/100g水）

化合物	Zn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
Ksp近似值	10^-17	10^-17	10^-39

回答下列问题：

（1）该电池的正极反应式为                 ，电池反应的离子方程式为               

（2）维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，理论上消耗Zn     g。（已经F＝96500C/mol）

（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，二者可通过____分离回收；滤渣的主要成分是MnO₂、______和      ，欲从中得到较纯的MnO₂，最简便的方法是             ，其原理是       。

（4）用废电池的锌皮制备ZnSO₄·7H₂O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H₂O₂溶解，铁变为_____，加碱调节至pH为     时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10^-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱调节至pH为_____时，锌开始沉淀（假定Zn^2＋浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加H₂O₂后果是        ，原因是       。

Answer

（1）MnO2＋e—＋H＋＝MnOOH；Zn＋2MnO2＋2H＋＝Zn2＋＋2MnOOH （2）0.05g

（3）加热浓缩、冷却结晶；铁粉、MnOOH；在空气中加热；碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2 （4）Fe3＋；2.7；6；Zn2＋和Fe2＋分离不开；Fe（OH）2和Zn（OH）2的Ksp相近

【解析】（1）酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，锌是活泼的金属，锌是负极，电解质显酸性，则负极电极反应式为Zn—2e—＝Zn2＋。中间是碳棒，碳棒是正极，其中二氧化锰得到电子转化为MnOOH，则正极电极反应式为MnO2＋e—＋H＋＝MnOOH，所以总反应式为Zn＋2MnO2＋2H＋＝Zn2＋＋2MnOOH。

（2）维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，则通过的电量是0.5×300＝150，因此通过电子的物质的量是，锌在反应中失去2个电子，则理论消耗Zn的质量是。

（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵。根据表中数据可知氯化锌的溶解度受温度影响较大，因此两者可以通过结晶分离回收，即通过蒸发浓缩、冷却结晶实现分离。二氧化锰、铁粉、MnOOH均难溶于水，因此滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉、MnOOH。由于碳燃烧生成CO2，MnOOH能被氧化转化为二氧化锰，所以欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是在空气中灼烧。

（4）双氧水具有强氧化性，能把铁氧化为铁离子，因此加入稀硫酸和双氧水，溶解后铁变为硫酸铁。根据氢氧化铁的溶度积常数可知，当铁离子完全沉淀时溶液中铁离子浓度为10—5mol/L，则溶液中氢氧根的浓度＝，所以氢离子浓度是2×10—3mol/L，pH＝2.7，因此加碱调节pH为2.7时铁刚好完全沉淀。Zn2＋浓度为0.1mol/L，根据氢氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为＝＝10—8mol/L，氢离子浓度是10—6mol/L，pH＝6，即继续加碱调节pH为6时锌开始沉淀。如果不加双氧水，则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁，由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的溶度积常数接近，因此在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀，导致生成的氢氧化锌不纯，无法分离开Zn2＋和Fe2＋。

【考点定位】本题主要是考查原电池原理的应用、物质的分离与提纯等，涉及电极反应式书写、电解计算、溶度积常数的应用、pH计算、化学实验基本操作等。