题目内容
【题目】市售一次性电池品种很多的，碱性锌锰电池的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，还含量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≤1.0x10-5mol/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Ksp[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___。
【答案】使Fe3＋、Zn2＋完全沉淀而除去 1.0×10-17 Mn2++H2O2+2OH-=MnO2↓+2H2O Zn(OH)2+H2SO4=ZnSO4+2H2O 蒸发浓缩 冷却 结晶 过滤 2K2MnO4+2H2O
2KMnO4+2KOH+H2↑
【解析】
废旧锌锰电池进行机械分离得到金属和锰粉；“锰粉”的主要成分有MnO2、Zn(OH)2、MnOOH、碳粉，还含量有少量铁盐和亚铁盐，锰粉与浓盐酸、加热，其中MnO2、MnOOH、Zn（OH）2反应得到MnCl2、ZnCl2，滤渣A中主要含碳粉，滤液1中含MnCl2、ZnCl2、铁盐和亚铁盐，向滤液1中加入少量双氧水，发生2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O，加入NaOH溶液调节溶液pH=8.0，根据表中数据，Fe3+、Zn2+完全沉淀而除去；过滤后向滤渣B中加入稀硫酸并调节溶液的pH=5，过滤得到的滤渣C是Fe(OH)3，滤液4的主要成分是硫酸锌；向滤液2中加入足量NaOH和双氧水发生Mn2++H2O2+2OH-=MnO2↓+2H2O，过滤烘干得到固体MnO2。
(1)根据表中各离子开始沉淀和完全沉淀的pH，加入NaOH溶液调节pH=8.0，目的是使Fe3＋、Zn2＋完全沉淀而除去；常温下，Ksp[Zn(OH)2]=c2 (OH-)×c(Zn2+)，Kw=c(OH-)×c(H+) ，Zn2+完全沉淀的pH=8.0，c(OH-)=
=10-6mol/L，Ksp[Zn(OH)2]= (10-6) 2×10-5=10-17；
(2)滤液2中的Mn2+被双氧水氧化生成MnO2的同时生成水，反应的离子方程式为Mn2++H2O2+2OH-=MnO2↓+2H2O；
(3)根据Fe3+、Zn2+开始沉淀和完全沉淀的pH，滤渣B中氢氧化锌与稀硫酸在pH=5时反应生成硫酸锌和水，化学方程式为Zn(OH)2+ H2SO4= ZnSO4+ 2H2O；
(4)滤液4为硫酸锌，从硫酸锌溶液中得到含有结晶水的ZnSO4，应将滤液4进行蒸发浓缩、冷却、结晶、过滤、洗涤的方法制取；
(5)电解K2MnO4溶液时，阳极上MnO42-失电子发生氧化反应得到MnO4-、阴极上氢离子放电生成氢气，总反应式为2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2KOH+H2↑。
