题目内容

16．碱性锌锰电池是日常生活中消耗量最大的电池，其构造如图1所示．放电时总反应为：
Zn+2H2O+2MnO2═Zn（OH）2+2MnOOH
从废旧碱性锌锰电池中回收Zn和MnO2的工艺如图2：

回答下列问题：
（1）MnOOH中，Mn元素的化合价为+3．
（2）“还原焙烧”过程中，高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质（其中MnOOH、MnO2被还原成MnO），主要原因是“粉料”中含有C．
（3）“净化”是为了除去浸出液中的Fe2+，方法是：加入H2O2（填化学式）溶液将Fe2+氧化为Fe3+，再调节pH使Fe3+完全沉淀．已知浸出液中Mn2+、Zn2+的浓度约为0.1mol•L-1，根据下列数据计算，调节pH的合理范围是3至6．
化合物Mn（OH）2Zn（OH）2Fe（OH）3
KSP近似值10-1310-1710-38
（离子浓度小于1×10-5mol•L-1即为沉淀完全）
（4）“电解”时，阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+．本工艺中应循环利用的物质是H2SO4（填化学式）．
（5）若将“粉料”直接与盐酸共热反应后过滤，滤液的主要成分是ZnCl2和MnCl2．“粉料”中的MnOOH与盐酸反应的化学方程式为2MnOOH+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MnCl2+4H2O+Cl2↑．
（6）某碱性锌锰电池维持电流强度0.5A（相当于每秒通过5×10-6 mol电子），连续工作80分钟即接近失效．如果制造一节电池所需的锌粉为6g，则电池失效时仍有87%的金属锌未参加反应．

分析 （1）根据化合价代数和为0计算；
（2-4）废旧碱性锌锰电池粉料中含有碳具有还原性，“还原焙烧”过程中，碳将高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质（其中MnOOH、MnO2被还原成MnO），后用硫酸溶解铁、锌和MnO得到MnSO4溶液和少量Fe2+、Zn2+，净化过程中加入H2O2溶液将少量Fe2+氧化为Fe3+，再调节pH使Fe3+完全沉淀，最终得到MnSO4溶液和Zn2+，电解阳极Mn2+失电子发生氧化反应生成MnO2，阴极Zn2+得电子发生还原反应生成Zn，废电解液为硫酸，据此分析解答；
（5）根据MnOOH具有氧化性，与盐酸发生氧化还原反应书写；
（6）根据每秒通过5×10-6 mol电子计算出电子转移的数目，再结合电子守恒计算消耗的Zn的质量，据此计算．

解答 解：（1）根据化合价代数和为0，MnOOH中，Mn元素的化合价为+3价，故答案为：+3；
（2）废旧碱性锌锰电池粉料中含有碳具有还原性，“还原焙烧”过程中，碳将高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质（其中MnOOH、MnO2被还原成MnO），故答案为：C；
（3）“净化”是为了除去浸出液中的Fe2+，利用H2O2溶液具有氧化性将Fe2+氧化为Fe3+，再由Mn（OH）2、Zn（OH）2的KSP近似值可求得Mn2+，Zn2+开始沉淀时的氢氧根浓度分别为$\sqrt{\frac{10{\;}^{-13}}{0.1}}$=10-6，$\sqrt{\frac{10{\;}^{-17}}{0.1}}$=10-8，即Mn2+，Zn2+开始沉淀时的pH分别为8和6，而Fe（OH）3沉淀完全时的氢氧根浓度为$\root{3}{\frac{10{\;}^{-38}}{1×10{\;}^{-5}}}$=10-11，即
Fe（OH）3沉淀完全时的pH为3，所以调节pH的合理范围是 3-6，使Fe3+完全沉淀，Mn2+，Zn2+不沉淀，故答案为：H2O2；3；6；
（4）电解阳极Mn2+失电子发生氧化反应生成MnO2，阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，阴极Zn2+得电子发生还原反应生成Zn，废电解液为硫酸，则本工艺中应循环利用的物质是H2SO4，故答案为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；H2SO4；
（5）“粉料”中的MnOOH具有氧化性，与盐酸发生氧化还原反应，则反应的化学方程式为2MnOOH+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MnCl2+4H2O+Cl2↑，故答案为：2MnOOH+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MnCl2+4H2O+Cl2↑；
（6）80分钟转移电子的物质的量为5×10-6 mol×80×60=0.024mol，则消耗的Zn的质量为$\frac{0.024mol}{2}$×65g/mol=0.78g，所以如果制造一节电池所需的锌粉为6g，则电池失效时仍有$\frac{6-0.78}{6}$×100%=87%的金属锌未参加反应，故答案为：87．

点评 本题考查混合物的分离和提纯，侧重考查学生对知识的综合运用能力，涉及电解原理、氧化还原反应，知道流程图中各个步骤发生的反应、基本操作，题目难度较大．

练习册系列答案
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6．金属钛（Ti）性能优越，被称为继铁、铝之后的“第三金属”．工业上以金红石为原料制取Ti的反应为：
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②C、Mg在反应中均为还原剂，发生还原反应
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A．①②④B．②③④C．③④D．②③
7．硅及其化合物的应用范围很广．下列说法正确的是（　　）
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11．下列说法正确的是（　　）
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1．化学与社会、生活密切相关．下列说法不正确的是（　　）
A．将“地沟油”制成肥皂，可以提高资源的利用率
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8．下列根据实验操作和现象所得出的结论不正确的是（　　）
选项实验操作与现象结论
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A．AB．BC．CD．D
9．人们可根据物质的性质，采用适当的方法将混合物中的各物质分离．
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10．下列叙述正确的是（　　）
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