Question

6．日常使用的干电池是一种锌锰电池，它的构造是：负极为锌做的圆筒，正极是一根碳棒，它的周围被二氧化锰，碳粉和氯化铵的混合剂所包围，总称为“碳包“．碳包和锌筒之间填充着氯化铵、氯化锌的水溶液和淀粉等组成的糊状物．废旧干电池随意丢弃会造成环境污染．学校兴趣小组同学准备对废旧的干电池进行探究．
（一）拆解干电池，得到铜帽、锌皮、碳棒、黑色粉末等物质．
（二）回收二氧化锰并测定碳粉与二氧化锰的质量比：（如图1）

（1）干电池使用时将化学能转化成电能．
（2）上述操作中灼烧的目的是除去碳粉；
（3）同学们将过滤后得到的滤渣干燥后称得质量为25克，充分灼烧后冷却称得剩余固体质量为20克，则滤渣中二氧化锰与碳粉的质量比为4：1．经分析，此结果偏大，老师指出同学们在实验中缺少一步操作，该操作是洗涤．
（4）为验证二氧化锰，同学们用A、B两支洁净试管，分别取5毫升3%的过氧化氢溶液，往A试管中加入少量上述实验灼烧后得到的固体，如果出现有气泡产生的现象，说明为二氧化锰．反应的化学方程式为2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（三）用拆解得到的锌皮（含杂质）制取硫酸锌晶体．
实验步骤：①将剪碎后的锌皮放入烧杯中，加入足量的稀硫酸，充分反应；②将上述反应后的混合物过滤．③将滤液加热浓缩、降温结晶、过滤，得到ZnSO₄•7H₂O晶体．
（5）步骤①中反应方程式为Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，将锌皮剪碎的目的是增大接触面积，使反应更快更充分．
（6）步骤②需要的仪器有铁架台、烧杯、漏斗和玻璃棒，玻璃棒的作用是引流．
（7）步骤③缺少的操作是降温结晶．
（四）测定锌皮中锌的质量分数．同学们设计了如图2实验装置，取1克锌皮放于试管中，实验中将注射器内50毫升稀硫酸（足量）完全注入试管中．当试管中不再产生气泡时立刻读数得到量筒中水的体积为350毫升．已知实验条件下氢气的密度为0.09g/L．
（8）计算该锌皮中锌的质量分数87.75%．
（9）上述方法测得的锌的质量分数偏大，不可能的原因是CD
A．没等装置冷却就读数
B．锌皮中含有少量铁
C．试管中有气体没有排出
D．将注射器中稀硫酸全部注入试管中后忘掉夹紧弹簧夹．

Answer 1

分析 （1）根据锌锰干电池工作时，可将化学能转化为电能进行解答；
（2）根据碳棒可作为干电池的电极，是因为它具有导电性进行解答；
（3）根据碳粉与氧气反应生成二氧化碳气体，滤渣要洗涤后在干燥；
（4）根据催化剂的作用分析；
（5）锌与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，
（6）根据过滤操作分析；
（7）根据结晶的方法分析；
（8）根据氢气的质量结合方程式计算锌的质量，及一步计算该锌皮中锌的质量分数．
（9）根据锌皮中锌的质量分数=$\frac{锌的质量}{锌皮的质量}×100%$分析．

解答 解：（1）锌锰干电池工作时，可将化学能转化为电能；
（2）碳棒可作为干电池的电极，是因为它具有导电性；
（3）将过滤后得到的滤渣干燥后称得质量为25克，充分灼烧后冷却称得剩余固体质量为20克，所以碳粉的质量为5g，则滤渣中二氧化锰与碳粉的质量比为20g：5g=4：1；由于过滤后没有洗涤，直接干燥造成剩余固体质量偏大，此结果偏大，
（4）二氧化锰可以加速过氧化氢分解生成水和氧气，化学方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（5）锌与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，化学方程式为Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；将锌皮剪碎的目的是增大接触面积，使反应更快更充分；
（6）步骤②是过滤，需要的仪器有铁架台、烧杯、漏斗和玻璃棒，玻璃棒的作用是引流；
（7）ZnSO₄•7H₂O晶体溶解度受温度影响比较大，采用降温结晶的方式析出．
（8）生成氢气的质量为（0.350L-0.05L）×0.09g/L=0.027g
设锌的质量为x
Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑
65                           2
x                           0.027g
$\frac{65}{x}=\frac{2}{0.027g}$
x=0.8775g
锌皮中锌的质量分数$\frac{0.8775g}{1g}×100%$=87.75%；
（9）A．没等装置冷却就读数，气体膨胀，气体的体积较大，测得的锌的质量分数偏大；
B．相同质量锌和铁与足量的酸反应，铁生成的氢气的质量大，锌皮中含有少量铁，生成氢气的质量偏大，测得的锌的质量分数偏大；
C．试管中有气体没有排出，排入集气瓶中，正好等于产生氢气的体积，对结果没影响．
D．将注射器中稀硫酸全部注入试管中后忘掉夹紧弹簧夹，装置还是密封的，对结果没影响．
故答案为：（1）电；（2）除去碳粉（或者将碳粉变成二氧化碳除去，合理即可）；
（3）4：1；洗涤；（4）有气泡产生；2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（5）Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑  增大接触面积，使反应更快更充分；
（6）漏斗；引流；（7）降温结晶（或冷却结晶）；
（8）87.75%；
（9）C D．

点评 本题容易出错的地方是对实验结果的评价，要知道锌与硫酸反应放出热量，会造成相应的误差，必须冷却到室温才能进行观察和计算．