Question

20．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	45.8	65.6	77.3
ZnCl2	343	395	452	452	488	614

回答下列问题：
（1）该电池的正极反应式为MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH，电池反应的离子方程式为2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺．
（2）维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，理论上消耗Zn0.05g．（已经F=96500C/mol）
（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，二者可通过加热浓缩、冷却结晶分离回收；滤渣的主要成分是MnO₂、MnOOH和碳粉，欲从中得到较纯的MnO₂，最简便的方法是在空气中加热，其原理是碳粉转变为二氧化碳，MnOOH氧化为二氧化锰．
（4）已知25℃时：SO₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+$\frac{1}{x}$S_x（s）△H=akJ/mol
2COS（g）+SO₂（g）=2CO₂（g）+$\frac{3}{x}$S_x（s）△H=b  kJ/mol．
则CO与S_x生成COS反应的热化学方程式是xCO（g）+S_x（s）=xCOS（g）△H=-0.5x（b-a）kJ/mol．

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）持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，则电量为0.5A×300s=150C，转移电子的物质的量为$\frac{150C}{96500C/mol}$，以此计算消耗锌的质量、物质的量；
（3）填充物含有碳粉、二氧化锰，且生成MnOOH等，在空气中加热时，碳粉、MnOOH可被氧化；
（4）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；

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+H⁺+e^-=MnOOH；2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺；
（2）持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，则电量为0.5A×300s=150C，转移电子的物质的量为$\frac{150C}{96500C/mol}$，则消耗Zn的质量为$\frac{150C}{96500C/mol}$×$\frac{1}{2}$×65g/mol=0.05g，
故答案为：0.05；
（3）滤液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，可通过加热浓缩、冷却结晶得到晶体，填充物含有碳粉、二氧化锰，且生成MnOOH等，在空气中加热时，碳粉、MnOOH可被氧化，分别生成二氧化碳和二氧化锰，故答案为：加热浓缩；冷却结晶；碳粉；MnOOH；空气中加热；碳粉转变为二氧化碳，MnOOH氧化为二氧化锰；
（4）①SO₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+$\frac{1}{x}$S_x（s）△H=akJ/mol；
②2COS（g）+SO₂（g）=2CO₂（g）+$\frac{3}{x}$S_x（s）△H=b  kJ/mol；
依据盖斯定律（-②+①×2）÷2得到：xCO（g）+S_x（s）=xCOS（g）△H=-0.5x（b-a）kJ/mol，
故答案为：xCO（g）+S_x（s）=xCOS（g）△H=-0.5x（b-a）kJ/mol．

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、实验基本操作和注意问题以及盖斯定律的应用，题目难度中等，有利于培养学生良好的科学素养．