Question

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)

温度/℃ 化合物	0	20	40	60	80	100
NH4Cl	29.3	37.2	45.8	55.3	65.6	77.3
ZnCl2	343	395	452	488	541	614

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

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，电池工作十分钟，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，最简便的方法是在空气中加热，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；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

MnO2＋e-＋H＋=MnOOH Zn＋2MnO2＋2H＋=Zn2＋＋2MnOOH 0.1g 加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2 Fe3+ 3 6 Zn2＋和Fe2＋分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近

【解析】

⑴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；中间是碳棒，碳棒是正极，是酸性环境，其中二氧化锰得到电子转化为MnOOH。

⑵先计算通过的电量，再计算通过电子的物质的量，再计算理论消耗Zn的质量。

⑶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，二氧化锰、碳粉、MnOOH均难溶于水，由于碳燃烧生成CO2，MnOOH能被氧化转化为二氧化锰。

⑷双氧水具有强氧化性，能把铁氧化为铁离子，根据氢氧化铁的溶度积常数计算铁离子完全沉淀时溶液中氢氧根的浓度，再计算氢离子浓度，再计算pH，同理根据氢氧化锌的溶度积常数计算开始沉淀时的c(OH－)，再计算氢离子浓度和pH，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。

⑴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，是酸性环境，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；故答案为：MnO2＋e－＋H＋＝MnOOH；Zn＋2MnO2＋2H＋＝Zn2＋＋2MnOOH。

⑵维持电流强度为0.5A，电池工作十分钟，则通过的电量是0.5×600＝300C，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；故答案为0.1g。

⑶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、碳粉、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；故答案为：加热浓缩、冷却结晶；碳粉；MnOOH；碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2。

⑷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10−5 mol·L−1，，则溶液中氢氧根的浓度是c(OH－)= 1×10−11 mol·L−1，所以氢离子浓度是c(H+)= 1×10−3 mol·L−1，pH＝3，因此加碱调节pH为3时铁刚好完全沉淀。Zn2＋浓度为0.1 mol·L−1，根据氢氧化锌的溶度积常数可知，开始沉淀时的c(OH－)= 1×10−8 mol·L−1，氢离子浓度是c(H+)= 1×10−6 mol·L−1，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＋；故答案为：Fe3+；3；6；Zn2＋和Fe2＋分离不开；Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近。