Question

19．酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉，MnO₂，ZnCl₂和NH₄Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：
                           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

回答下列问题：
（1）该电池的正极反应式为MnO₂+e^-+H⁺═MnOOH，电池反应的离子方程式为：Zn+2MnO₂+2H⁺═Zn²⁺+2MnOOH
（2）用废电池的锌皮制备ZnSO₄•7H₂O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H₂O₂溶解，铁变为Fe³⁺，加碱调节至pH为2.7时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10^-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱调节至pH为6时，锌开始沉淀（假定Zn²⁺浓度为0.1mol/L）．若上述过程不加H₂O₂后果是Zn²⁺和Fe²⁺分离不开，原因是Fe（OH）₂和Zn（OH）₂的Ksp相近．

Answer 1

分析 （1）该电池的正极发生还原反应，MnO₂被还原生成MnOOH；负极锌被氧化生成Zn²⁺，以此书写电池总反应式；
（2）铁加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，铁刚好沉淀完全时离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1，结合Ksp=10^-39计算pH，并根据Ksp计算锌开始沉淀的pH．

解答 解：（1）该电池的正极发生还原反应，MnO₂被还原生成MnOOH，电极方程式为MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH，负极锌被氧化生成Zn²⁺，电池总反应式为2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺，
故答案为：MnO₂+e^-+H⁺═MnOOH；Zn+2MnO₂+2H⁺═Zn²⁺+2MnOOH；
（2）铁加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，铁刚好沉淀完全时离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1，因Ksp=10^-39，
则c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-39}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L≈0.5×10^-11mol/L，此时pH=2.7，如锌开始沉淀，则c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-17}}{0.1}}$mol/L=10^-8mol/L，此时pH=6，由表中数据可知Zn（OH）₂、Fe（OH）₂的Ksp相近，如不加H₂O₂，则Zn²⁺和Fe²⁺分离不开，
故答案为：Fe³⁺；2.7；6；Zn²⁺和Fe²⁺分离不开；Fe（OH）₂和Zn（OH）₂的Ksp相近．

点评 本题考查原电池知识以及物质的分离、提纯，侧重于原电池的工作原理以及实验基本操作和注意问题，题目难度中等，有利于培养学生良好的科学素养．