Question

碱性锌锰电池是日常生活中消耗最大的电池，其构造如图所示。

放电时总反应为:Zn+2H₂O+2MnO₂=Zn(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被还成MnO),主要原因是“粉料”中含有________。

<span style="font-size: 14px; font-family: " 宋体";"=""><span contenteditable="true">（3）</span></span>“净化”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。已知浸出液中Mi²⁺、Zn²⁺的浓度约为0. 1mol •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)3	Zn(OH)2	Fe(OH)3
Ksp近似值	10^-13	10^-17	10^-38

(离子浓度小于1×mol • L^-1即为沉淀完全)

（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）。

<span style="font-size: 14px; font-family: "宋体&quot;;"><span contenteditable="true">（5）</span></span>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_____________。

Answer

+3 C H2O2（或KMNO4） 3 6 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ H2SO4 2MnOOH+6HClCl2↑+2MnCl2+4H2O

【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，故答案为：+3；

(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， =10-8，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，故答案为：H2O2；3；6；

(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↑，故答案为：2MnOOH+6HCl2MnCl2+4H2O+Cl2↑。