题目内容
【题目】锌锰干电池是最早的实用电池。现用下列工艺回收正极材料中的金属(部分条件未给出)。
(1)碱性锌锰电池反应为:Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH),电解质是KOH,该电池的负极材料为__________(填化学式),MnO(OH)中Mn的化合价为:________,正极反应式为:__________。
(2)黑粉的主要成份为 MnO2和石墨,写出反应①的化学方程式:______。
(3)MnO2的转化率与温度的关系如下表:
温度/℃ | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
转化率/℃ | 86.0 | 90.0 | 91.3 | 92.0 | 92.1 |
生产中常选反应温度为80℃,其理由是:_______。
(4)“沉锰”过程中生成碱式碳酸锰[MnCO36Mn(OH)25H2O],写出其离子反应方程式:_______,检验沉淀是否洗净的操作是:_______。滤液③中可回收的物质为:________(填化学式)。
(5)“预处理”时,废旧锌锰电池经过拆解、筛分得到炭包,其中含 MnO2为34.8%。称取5.000 g炭包,经处理得到3.211 g MnSO4H2O,计算锰的回收率为:_____。
【答案】 Zn +3价 MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O 由表格中的数据可知,MnO2的转化率随温度的升高而升高,80℃时MnO2的转化率已经较高,更高的温度会增加能耗,增大生产成本,得不偿失。 7Mn2++7CO32-+11H2O=MnCO3·6Mn(OH)2·5H2O↓+6CO2↑ 取少量最后一次洗涤滤液于试管中,向其中滴加BaCl2溶液,观察是否有白色沉淀生成,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已洗涤干净;若有白色沉淀生成,则说明未洗涤干净。 Na2SO4 95%
【解析】(1)碱性锌锰电池反应为:Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH),电解质是KOH,活泼金属Zn为该电池的负极材料,MnO(OH)中氧为-2价,氢为+1价,则Mn的化合价为:+3价;正极MnO2得到电子产生MnO(OH),电极反应式为:MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH;(2)黑粉的主要成份为 MnO2和石墨,写出反应①是MnO2、2FeSO4和2H2SO4反应,反应的化学方程式为:MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O;(3)由表格中的数据可知,MnO2的转化率随温度的升高而升高,80℃时MnO2的转化率已经较高,更高的温度会增加能耗,增大生产成本,得不偿失,故生产中常选反应温度为80℃;(4)“沉锰”过程中生成碱式碳酸锰[MnCO36Mn(OH)25H2O],其离子反应方程式为:7Mn2++7CO32-+11H2O=MnCO3·6Mn(OH)2·5H2O↓+6CO2↑,检验沉淀是否洗净的操作是:取少量最后一次洗涤滤液于试管中,向其中滴加BaCl2溶液,观察是否有白色沉淀生成,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已洗涤干净;若有白色沉淀生成,则说明未洗涤干净;根据反应可知7Mn2++7CO32-+11H2O=MnCO3·6Mn(OH)2·5H2O↓+6CO2↑,滤液③中可回收的物质为:Na2SO4;(5)根据MnO2~~~ MnSO4H2O,理论上n(MnO2)=n(MnSO4H2O)=34.8%×,但实际上只有3.211g MnSO4H2O,所以锰的回收率为
×100%=95%。
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