Question

12．锌是第四“常见”的金属，仅次于铁、铝及铜，在现代工业中对于电池的制造有不可磨灭的贡献．
Ⅰ．湿法炼锌某种冶炼过程可用右图表示：

（1）电解过程中析出锌一极的电极反应式为：[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-═Zn+4NH₃↑；
（2）ZnO像Al₂O₃一样，属于两性氧化物，则ZnO与NaOH溶液反应的离子方程式为：ZnO+2OH^-+H₂O═[Zn（OH）₄]^2-（“锌酸”的化学式可写成H₂[Zn（OH）₄]）．
Ⅱ．锌电池  用锌作负极的电池生活中随处可见，如锌锰干电池、锌锰碱性电池、锌空气电池等．
（1）锌锰碱性电池的总反应式为：Zn+2MnO₂+2H₂O═2MnO（OH）+Zn（OH）₂，正极反应式为：2MnO₂+2H₂O+2e^-═2MnO（OH）+2OH^-．
（2）新型锌空气电池与锂电池相比，其储量是它的三倍，成本是锂电池的一般，并且完全没有过热爆炸的安全隐患．该电池的总反应为：2Zn+O₂═2ZnO，电解质溶液为KOH溶液，则负极的电极反应式为：Zn-2e^-+2OH^-═ZnO+H₂O．若以该电池为电源，用惰性电极电解AgNO₃溶液，为保证阴极有10.8g银析出，至少需要2.8L空气（折算成标准状况）进入该电池（空气中氧气的体积分数为$\frac{1}{5}$）．

Answer 1

分析 Ⅰ．含锌矿的主要成分是ZnS，焙烧与空气中氧气发生氧化还原反应，2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$2SO₂+2ZnO，氧化锌像氧化铝一样，属于两性氧化物，加入NH₃、NH₄Cl溶液，得到[Zn（NH₃）₄]Cl₂溶液，电解阳极氯离子放电，阴极[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-═Zn+4NH₃↑，氧化锌与氢氧化钠反应ZnO+2OH^-+H₂O═[Zn（OH）₄]^2-；
（1）析锌一极应是[Zn（NH₃）₄]²⁺得到电子，还原为锌，同时释放出氨气；
（2）氧化锌像氧化铝一样，属于两性氧化物，与碱反应生成锌酸盐；
Ⅱ．（1）该原电池中正极上二氧化锰得电子发生还原反应；
（2）该原电池中，负极上Zn失电子和氢氧根离子反应生成ZnO和水；
析出108gAg单质转移电子的物质的量=$\frac{10.8g}{108g/mol}$=0.1mol，串联电路中转移电子相等，根据转移电子计算需要空气体积．

解答 解：Ⅰ．含锌矿的主要成分是ZnS，焙烧与空气中氧气发生氧化还原反应，2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$2SO₂+2ZnO，氧化锌像氧化铝一样，属于两性氧化物，加入NH₃、NH₄Cl溶液，得到[Zn（NH₃）₄]Cl₂溶液，电解阳极氯离子放电，阴极[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-═Zn+4NH₃↑，氧化锌与氢氧化钠反应ZnO+2OH^-+H₂O═[Zn（OH）₄]^2-，
（1）析锌一极应是[Zn（NH₃）₄]²⁺得到电子，在阴极[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-═Zn+4NH₃↑，还原为锌，
故答案为：[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-═Zn+4NH₃↑；
（2）根据题干信息，氧化锌像氧化铝一样，属于两性氧化物，与碱反应ZnO+2OH^-+H₂O═[Zn（OH）₄]^2-，
故答案为：ZnO+2OH^-+H₂O═[Zn（OH）₄]^2-；
Ⅱ．（1）锌锰碱性电池的总反应式为：Zn+2MnO₂+2H₂O═2MnO（OH）+Zn（OH）₂，该原电池中正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为2MnO₂+2H₂O+2e^-═2MnO（OH）+2OH^-；
故答案为：2MnO₂+2H₂O+2e^-═2MnO（OH）+2OH^-；
（2）该原电池中，负极上Zn失电子和氢氧根离子反应生成ZnO和水，电极反应式为Zn-2e^-+2OH^-═ZnO+H₂O；
析出108gAg单质转移电子的物质的量=$\frac{10.8g}{108g/mol}$=0.1mol，串联电路中转移电子相等，根据转移电子得需要空气体积=$\frac{\frac{0.1mol}{4}×22.4L/mol}{20%}$=2.8L，
故答案为：Zn-2e^-+2OH^-═ZnO+H₂O；2.8．

点评 本题考查湿法炼锌工业、原电池原理、电解反应书写等，根据题干信息结合硫化锌的性质和电解原理是解题关键，题目难度中等