Question

20．普通干电池，是一种广泛使用的可移动化学电源，其结构如图甲所示，电池反应是：Zn+2NH₄⁺+2MnO₂═Zn²⁺+2NH₃+Mn₂O₃+H₂O但这种一次性电池使用后的随意丢弃，已经是不可忽视的环境问题．某中学的课外活动小组在老师指导下，用废弃的电池进行处理回收．将电池剥离，得到石墨棒，清洗后作电化学实验的电极．废锌皮和炭黑与锰的氧化物做以下处理
实验一，用废锌制取防腐剂皓矾（ZnSO₄•7H₂O）（图乙）

（1）操作一的名称是：蒸发浓度、冷却结晶．
（2）锌的化学性质与铝相似，也可以与强碱反应而溶解，但生成的是配合物Na₂[Zn（OH）₄]（四羟基锌酸钠）和H₂，该配合物中心离子是Zn²⁺，配位数是4．
实验二，经查相关资料：锰的氧化物都不溶于水，且都能与浓盐酸反应生成氯气．将分离得到的黑色粉末在空气中充分灼烧，并做相关实验，回答下列问题：
（1）灼烧的目的是：除去混合物中的碳，将灼烧后的固体冷却，溶解、过滤、干燥得到的固体物质混合物Mn₂O₃和MnO₂．
（2）写出Mn₂O₃与浓盐酸反应的离子方程式：Mn₂O₃+6H⁺+2Cl^-═2Mn²⁺+Cl₂↑+3H₂O．
（3）取24.5g上述混合物，与足量的浓盐酸充分反应，得到标况下的氯气4.48L，则混合物中Mn₂O₃和MnO₂质量之比是：158：55．
实验三，查询资料得知，还可以通过电解的方式，将Mn₂O₃转化为MnO₂，同学们设计了这样的一个装置（图丙），将混合物粉末调成糊状，附在其中的左边电极上（填左或者右），该电极上发生的电极反应式是：Mn₂O₃-2e^-+2OH^-═2MnO₂+H₂O．在电解过程中溶液的pH将变大．（填变大、变小、不变）．

Answer 1

分析 实验一：（1）用废锌制取防腐剂皓矾，由流程可知，加硫酸溶解生成硫酸锌，过滤得到硫酸锌溶液，操作一为蒸发浓度、冷却结晶得到晶体；
（2）配合物Na₂[Zn（OH）₄]中，Zn²⁺为中心离子，OH^-为配体，配位数为4；
实验二：（1）混合物灼烧时C转化为二氧化碳气体，与固体分离；
（2）Mn₂O₃与浓盐酸反应，生成氯化锰、氯气和水；
（3）设Mn₂O₃和MnO₂的物质的量分别为x、y，则
由质量关系可知158x+55y=24.5，
由电子守恒可知，2x×（3-2）+y×（4-2）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$×2×（1-0），以此计算Mn₂O₃和MnO₂质量比；
实验三：以通过电解的方式，将Mn₂O₃转化为MnO₂，在阳极上失去电子实现转化，由图可知，左侧与电源正极相连为阳极，阴极氢离子放电，最终氢氧根离子浓度增大．

解答 解：实验一：（1）由流程可知，由硫酸锌溶液得到晶体，则操作一为蒸发浓度、冷却结晶，故答案为：蒸发浓度、冷却结晶；
（2）配合物Na₂[Zn（OH）₄]中，Zn²⁺为中心离子，OH^-为配体，配位数为4，故答案为：Zn²⁺；4；
实验二：（1）混合物灼烧时C转化为二氧化碳气体，与固体分离，则灼烧的目的为除去混合物中的碳，故答案为：除去混合物中的碳；
（2）Mn₂O₃与浓盐酸反应，生成氯化锰、氯气和水，离子反应为Mn₂O₃+6H⁺+2Cl^-═2Mn²⁺+Cl₂↑+3H₂O，故答案为：Mn₂O₃+6H⁺+2Cl^-═2Mn²⁺+Cl₂↑+3H₂O；
（3）设Mn₂O₃和MnO₂的物质的量分别为x、y，则
由质量关系可知158x+55y=24.5，
由电子守恒可知，2x×（3-2）+y×（4-2）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$×2×（1-0），
解得x=y=0.1mol，物质的量相同，可知摩尔质量之比等于质量比，则Mn₂O₃和MnO₂质量比为158：55，
故答案为：158：55；
实验三：以通过电解的方式，将Mn₂O₃转化为MnO₂，在阳极上失去电子实现转化，由图可知，左侧与电源正极相连为阳极，则将混合物粉末调成糊状，附在其中的左边电极上，该电极上发生的电极反应式是：Mn₂O₃-2e^-+2OH^-═2MnO₂+H₂O，阴极氢离子放电，2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，总反应消耗水，最终氢氧根离子浓度增大，则在电解过程中溶液的pH将变大，故答案为：左； Mn₂O₃-2e^-+2OH^-═2MnO₂+H₂O；变大．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，把握混合物分离流程、氧化还原反应的计算、电解原理及应用等为解答该题的关键，侧重分析和应用能力的考查，学习中注意相关基础知识的积累，题目难度中等．