Question

市售一次电池品种很多，碱性锌锰电池在日常生活中用量很大。回收废旧锌锰电池并进行重新处理，可以获得MnO₂及其他副产品，其工艺流程如下：

已知：“锰粉”的主要成分有MnO₂、Zn(OH)₂、MnOOH、碳粉，还含有少量铁盐和亚铁盐。常温下，生成氢氧化物沉淀的pH如下表:

物质	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Zn(OH)2	Mn(OH)2 / Mn(OH)3
开始沉淀pH	2.7	7.6	5.7	8.3
完全沉淀pH（c≤1.0×10^－5mol/L）	3.7	9.6	8.0	8.8

（1）加入NaOH溶液调节pH＝8.0，目的是____________________；计算常温下Zn(OH)₂的溶度积常数K_sp[Zn(OH)₂]＝____________________。

（2）写出滤液2中的Mn²⁺变成MnO₂的离子方程式_________________________。

（3）写出滤渣B与稀硫酸在pH＝5时反应的化学方程式______________________。

（4）工艺中还可以将滤液4进行_____________、_____________、_____________、洗涤得到含结晶水的硫酸盐晶体。

（5）MnO₂常用来制取KMnO₄。在一定条件下将MnO₂氧化为K₂MnO₄，然后用铁作阴极、铂作阳极电解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄。电解K₂MnO₄溶液的总反应方程式为______________________。

Answer

（1）使Fe3+ 、Zn2+ 完全沉淀而除去（2分）；1.0×10－17（2分）

（2）Mn2+ ＋ H2O2 ＋ 2OH－＝MnO2↓ ＋ 2H2O（2分）

（3）Zn(OH)2 ＋ H2SO4＝ZnSO4 ＋ 2H2O（2分） （4）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤（3分）

（5）2K2MnO4 ＋ 2H2O2KMnO4 ＋ 2KOH ＋ H2↑（3分）

【解析】

试题分析：锰粉与盐酸反应后溶液中的金属离子有：Fe3+ 、Zn2+、 Mn2+ 、Fe2+，加入H2O2会将Fe2+氧化为 Fe3+，用NaOH溶液调节pH＝8.0，根据金属离子沉淀的pH可知Fe3+ 、Zn2+完全沉淀，Mn2+没有沉淀，所以滤液2中主要的金属离子是Mn2+，滤渣B是Zn(OH)2，Fe(OH)3，加入硫酸，调节pH为5，Zn(OH)2会溶解，Fe(OH)3没有溶解，因此滤液4是ZnSO4溶液，滤渣C是Fe(OH)3。

（1）根据以上分析可知加入NaOH溶液调节pH＝8.0的目的是使Fe3+ 、Zn2+ 完全沉淀而除去；Zn2+完全沉淀时pH为8.0，则c(OH－)＝10-6mol/L，c(Zn2+)＝1.0×10－5mol/L，故Ksp[Zn(OH)2]＝c(Zn2+)×c2(OH－)＝1.0×10－5×10-12＝1.0×10－17。

（2）滤液2中Mn的化合价升高，那么H2O2作氧化剂，Mn2+做还原剂，发生氧化还原反应，则Mn2+变成MnO2的离子方程式为：Mn2+ ＋ H2O2 ＋ 2OH－＝MnO2↓ ＋ 2H2O。

（3）根据分析滤渣B与稀硫酸在pH＝5时Zn(OH)2会溶解，Fe(OH)3没有溶解，反应的化学方程式为：Zn(OH)2 ＋ H2SO4＝ZnSO4 ＋ 2H2O。

（4）从溶液中得到晶体要经过：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。

（5）电解K2MnO4溶液得到KMnO4，MnO42-在阳极放电生成MnO4—，阴极是H+放电生成H2，那么电解K2MnO4溶液的总反应方程式为22K2MnO4 ＋ 2H2O2KMnO4 ＋ 2KOH ＋ H2↑。

考点：考查溶度积的计算、电极反应方程式的书写、物质的分离、电解原理的应用等。