Question

锌锰干电池由于其贮存和使用寿命较短，大都为一次性电池，用完之后被当作垃圾扔掉．这不仅浪费了宝贵的金属资源，而且还会产生严重的环境污染．下表是各类电池的综合成分分析结果：

元素	锌	锰	铁	铜	碳	其它
质量百分含量	13～27	14～28	23～26	0.5～0.7	5～6	13

通过简单的机械处理，将电池中各组分进行最大在限度的分离，从而使整个处理过程得到简化．再分别对锌皮和锰粉（MnO₂）进行湿法处理，通过预处理、浸取、净化等工序制出产品．工艺流程如下图：
查阅资料知各离子沉淀完全的pH为

离子	Fe3+	Fe2+	Cu2+	Mn2+
pH	3.2	9.0	6.7	10.1

已知：锌元素与铝元素相似，具有两性．

（一）在预处理中：
（1）分离铁皮和锌皮的方法是

 

；
（2）试写出锌皮与过量洗液反应的离子方程式：

 

．
（3）洗液加（NH₄）₂CO₃在pH=7.5沉淀出一种碱式盐，请写出该物质化学式

 

．
（二）二氧化锰生产中：
（4）写出加入30%盐酸溶解时的离子方程式

 

；
（5）盐酸溶解后回收的渣主要是

 

；
（6）已知第二次加H₂O₂后调节pH≈9的目的为将Mn²⁺转化为MnO₂，则第一次加H₂O₂后调节pH≈5，目的是

 

；
（三）硫酸锌生产中：
（7）制备硫酸锌中需要填充的操作步骤是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：金属铁可以被磁铁吸引，分离铁皮和锌皮的方法可以采用磁选法，金属锌和铁皮的分离过程中，金属锌和强碱反应，但是金属铁不反应，可以加入洗液氢氧化钠，过滤，得到滤渣即为铁，根据锰粉和锌皮的处理流程知道：向锰粉中加入盐酸，MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，其中碳不溶于盐酸，溶解后回收的渣主要是碳黑，向滤液中加入双氧水，可以将其中的杂质亚铁离子氧化成铁离子，根据表中数据，调节pH≈5，将铁离子完全沉淀，得到的滤液再次加入碱和双氧水后调节pH≈9的目的为将Mn²⁺转化为MnO₂，烘干可得到二氧化锰；向锌皮中加入盐酸溶解，滤去不溶物质，向滤液中加入双氧水，调节pH，将铁离子沉淀除去，加入金属锌，发生置换反应得到硫酸锌，加硫酸酸化，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶可以得到硫酸锌的晶体．
（1）分离铁和锌可以用磁铁吸引铁分离；
（2）锌元素与铝元素相似，具有两性，可以和强碱反应；
（3）分析流程加（NH₄）₂CO₃在pH=7.5沉淀出一种碱式盐为碱式碳酸锌；
（4）二氧化锰在浓盐酸溶液中加热反应生成氯化锰、氯气和水；
（5）碳不溶于盐酸；
（6）第一次加H₂O₂后调节pH≈5的目的是氧化亚铁离子为铁离子，使铁离子形成氢氧化铁沉淀除去；
（7）溶液经过蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥就可以得到其晶体．

解答： 解：金属铁可以被磁铁吸引，分离铁皮和锌皮的方法可以采用磁选法，金属锌和铁皮的分离过程中，金属锌和强碱反应，但是金属铁不反应，可以加入洗液氢氧化钠，过滤，得到滤渣即为铁，根据锰粉和锌皮的处理流程知道：向锰粉中加入盐酸，MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，其中碳不溶于盐酸，溶解后回收的渣主要是碳黑，向滤液中加入双氧水，可以将其中的杂质亚铁离子氧化成铁离子，根据表中数据，调节pH≈5，将铁离子完全沉淀，得到的滤液再次加入碱和双氧水后调节pH≈9的目的为将Mn²⁺转化为MnO₂，烘干可得到二氧化锰；向锌皮中加入盐酸溶解，滤去不溶物质，向滤液中加入双氧水，调节pH，将铁离子沉淀除去，加入金属锌，发生置换反应得到硫酸锌，加硫酸酸化，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶可以得到硫酸锌的晶体．
（1）在预处理中，分离铁皮和锌皮的方法是磁选法或用磁铁吸；故答案为：磁选法；
（2）锌元素与铝元素相似，具有两性，可以和洗液氢氧化钠反应，即Zn+2OH^-=ZnO₂^2-+H₂↑，故答案为：Zn+2OH^-=ZnO₂^2-+H₂↑；
（3）洗液加（NH₄）₂CO₃在pH=7.5沉淀出一种碱式盐，该物质是碱式碳酸锌，化学式为Zn₂（OH）2CO₃；
故答案为：Zn₂（OH）₂CO₃；
（4）二氧化锰生产中，加入30%盐酸溶解时，生成氯化锰和氯气，离子方程式为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（5）其中碳不溶于盐酸，所以盐酸溶解后回收的渣主要是碳黑（或碳），故答案为：碳黑（或碳）；
（6）第一次加H₂O₂后，将亚铁离子氧化成铁离子，调节pH≈5，将铁离子完全沉淀；故目的是除去Fe²⁺和Fe³⁺；
故答案为：除去Fe²⁺和Fe³⁺；
（7）硫酸锌溶液经过蒸发结晶，然后是过滤、洗涤、干燥就可以得到其晶体，故答案为：结晶．

点评：本题以碱性锌锰电池为依据考查了物质的分离和提纯原理方法、氧化还原反应方程式书写、分解反应等，注意流程中的信息；难度较大．