Question

碱性锌锰电池是日常生活中消耗量最大的电池，其构造如图所示。

放电时总反应为：Zn + 2H₂O + 2MnO₂Zn(OH)₂ + 2MnOOH

从废旧碱性锌锰电池中回收Zn和MnO₂的工艺如下：

回答下列问题：

（1）MnOOH中，Mn元素的化合价为________。

（2）“还原焙烧”过程中，高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质（其中MnOOH、MnO₂被还原成MnO），主要原因是“粉料”中含有________。

（3）“净化”是为了除去浸出液中的Fe²⁺，方法是：加入________（填化学式）溶液将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再调节pH使Fe³⁺完全沉淀。（离子浓度小于1×10^－5mol·L^－1即为沉淀完全）已知浸出液中Mn²⁺、Zn²⁺的浓度约为0.1 mol·L^－1，根据下列数据计算调节pH的合

理范围是________至________。

化合物	Mn(OH)2	Zn(OH)2	Fe(OH)3
KSP近似值	10^－^13	10^－^17	10^－^38

（4）“电解”时，阳极的电极反应式为_____。本工艺中应循环利用的物质是_____（填化学式）。

（5）若将“粉料”直接与盐酸共热反应后过滤，滤液的主要成分是ZnCl₂和MnCl₂。“粉料”中的MnOOH与盐酸反应的化学方程式为________。

（6）某碱性锌锰电池维持电流强度0.5A（相当于每秒通过5×10^－6 mol电子），连续工作80分钟即接近失效。如果制造一节电池所需的锌粉为6 g，则电池失效时仍有________%的金属锌未参加反应。

Answer

+3 C 3 6 87

【解析】(1)根据化合价代数和为0，MnOOH中，Mn元素的化合价为+3价；
(2)废旧碱性锌锰电池粉料中含有碳具有还原性，“还原焙烧”过程中，碳将高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质(其中MnOOH、MnO2被还原成MnO)，故答案为C；
(3)“净化”是为了除去浸出液中的Fe2+，利用H2O2溶液具有氧化性将Fe2+氧化为Fe3+，再由Mn(OH)2、Zn(OH)2的KSP近似值可求得Mn2+，Zn2+开始沉淀时的氢氧根浓度分别为=10-6，即Mn2+，Zn2+开始沉淀时的pH分别为8和6，而Fe(OH)3沉淀完全时的氢氧根浓度为=10-11，即Fe(OH)3沉淀完全时的pH为3，所以调节pH的合理范围是 3-6，使Fe3+完全沉淀，Mn2+，Zn2+不沉淀；
(4)电解阳极Mn2+失电子发生氧化反应生成MnO2，阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，阴极Zn2+得电子发生还原反应生成Zn，废电解液为硫酸，则本工艺中应循环利用的物质是H2SO4，故答案为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；H2SO4；
(5)“粉料”中的MnOOH具有氧化性，与盐酸发生氧化还原反应，则反应的化学方程式为2MnOOH+6HCl2MnCl2+4H2O+Cl2↑；
(6)80分钟转移电子的物质的量为5×10-6 mol×80×60=0.024mol，则消耗的Zn的质量为×65g/mol=0.78g，所以如果制造一节电池所需的锌粉为6g，则电池失效时仍有×100%=87%的金属锌未参加反应。