Question

12．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是有碳粉、MnO₂、NH₄Cl等组成的糊状填充物，其结构如下图．该电池在放电时发生的主要反应为：Zn+2NH₄Cl+2MnO₂=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH
回收处理该废旧电池可以得到多种化工原料，有关数据下图所示：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	10-39

某化学课外小组设计了如下废旧电池综合利用工艺（不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属）：

回答下列问题：
（1）该酸性锌锰干电池放电时的正极反应式为MnO₂+e^-+NH₄⁺=MnOOH+NH₃；
（2）晶体A的化学式为NH₄Cl；
（3）操作③的名称为在空气中灼烧；
（4）从MnO₂获得K₂MnO₄的反应方程式为3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
（5）用废电池的锌皮制作ZnSO₄•7H₂O，需去除少量杂质铁，其方法是：
①加入足量的稀H₂SO₄和H₂O₂溶解．加入H₂O₂反应的离子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②加碱调节pH为3，使铁刚好完全沉淀，过滤．向滤液中继续加碱调节pH使锌刚好完全沉淀．过滤、洗涤．
③将沉淀溶于稀H₂SO₄，经过蒸发浓缩、冷却结晶（答操作名称）、过滤、洗涤、干燥得到ZnSO₄•7H₂O，晶体用冷水洗涤的原因是降低晶体的溶解度，减少损失．

Answer 1

分析 （1）原电池的正极应是氧化剂发生还原反应，根据原电池的总反应Zn+2NH₄Cl+2MnO₂=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH可知正极反应式；
（2）废电池经机械分离后，糊状物主要为MnO₂、MnOOH、NH₄Cl、碳粉、Zn（NH₃）₂Cl₂等．加稀盐酸溶解得到氯化铵和氯化锌溶液，过滤得残渣主要为MnO₂、MnOOH、碳粉，残渣在空气中灼烧碳被氧化成二氧化碳，MnOOH被氧化成二氧化锰，二氧化锰在碱性高温的条件下被氯酸钾氧化成锰酸钾，根据氯化铵和氯化锌的溶解度可知，混合溶液经浓缩后过滤可得晶体A为NH₄Cl，再将滤液蒸发结晶可得晶体B为氯化锌，据此答题；
（3）根据（2）中的分析可知操作③的名称；
（4）根据流程可知，二氧化锰在碱性高温的条件下被氯酸钾氧化成锰酸钾，据此书写化学方程式；
（5）锌皮含有少量杂质铁，溶于稀硫酸和双氧水，得硫酸锌和硫酸铁混合溶液，调节pH值使铁刚好完全沉淀，锌不沉淀，过滤除去铁，再调节pH值使锌生成氢氧化锌沉淀，将氢氧化锌溶于硫酸得硫酸锌溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到ZnSO₄•7H₂O，据此答题；

解答 解：（1）原电池的正极应是氧化剂发生还原反应，根据原电池的总反应Zn+2NH₄Cl+2MnO₂=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH可知正极反应式为MnO₂+e^-+NH₄⁺=MnOOH+NH₃，
故答案为：MnO₂+e^-+NH₄⁺=MnOOH+NH₃；
（2）废电池经机械分离后，糊状物主要为MnO₂、MnOOH、NH₄Cl、碳粉、Zn（NH₃）₂Cl₂等．加稀盐酸溶解得到氯化铵和氯化锌溶液，过滤得残渣主要为MnO₂、MnOOH、碳粉，残渣在空气中灼烧碳被氧化成二氧化碳，MnOOH被氧化成二氧化锰，二氧化锰在碱性高温的条件下被氯酸钾氧化成锰酸钾，根据氯化铵和氯化锌的溶解度可知，混合溶液经浓缩后过滤可得晶体A为NH₄Cl，再将滤液蒸发结晶可得晶体B为氯化锌，
故答案为：NH₄Cl；
（3）根据（2）中的分析可知操作③的名称为在空气中灼烧，
故答案为：在空气中灼烧；
（4）根据流程可知，二氧化锰在碱性高温的条件下被氯酸钾氧化成锰酸钾，反应的化学方程式为3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，
故答案为：3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
（5）锌皮含有少量杂质铁，溶于稀硫酸和双氧水，得硫酸锌和硫酸铁混合溶液，调节pH值使铁刚好完全沉淀，锌不沉淀，过滤除去铁，再调节pH值使锌生成氢氧化锌沉淀，将氢氧化锌溶于硫酸得硫酸锌溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到ZnSO₄•7H₂O，
①加入H₂O₂氧化亚铁离子，反应的离子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②根据Fe（OH）₃的Ksp可知，铁离子沉淀完全时，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{10{\;}^{-39}}{1{0}^{-5}}}$=1×10^-11 mol/L，所以溶液的pH值为3，使铁刚好完全沉淀，
故答案为：3；
③硫酸锌溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到ZnSO₄•7H₂O，晶体用冷水洗涤的原因是降低晶体的溶解度，减少损失，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；降低晶体的溶解度，减少损失．

点评 本题考查物质制备分离、阅读题目获取信息能力、化学方程式及离子方程式书写、化学计算等，需要学生具备扎实的基础及迁移运用能力，难度中等．