Question

【题目】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的工艺如图所示：

回答下列问题：

(1)MnOOH中，Mn元素的化合价为_________。

(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_________。

(3)“净化”是为了除去浸出液中的Fe2＋，方法是：加入______(填化学式)溶液将Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节pH使Fe3＋沉淀完全。常温下，已知浸出液中Mn2＋、Zn2＋的浓度约为0.1 mol/L，根据下列数据计算，调节pH的合理范围是______至__________。(离子浓度小于1×10－5 mol/L即为沉淀完全)

化合物	Mn(OH)2	Zn(OH)2	Fe(OH)3
Ksp近似值	10－13	10－17	10－38

(4)“电解”时，阳极的电极反应式为_________。本工艺中应循环利用的物质是_______(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，且生成一种黄绿色气体，“粉料”中的MnOOH与盐酸反应的化学方程式为__________。

Answer 1

【答案】＋3 C H2O2(或KMnO4) 3 6 Mn2＋-2e－+2H2O=MnO2＋4H＋ H2SO4 2MnOOH+6HClCl2↑+2MnCl2+4H2O

【解析】

(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化学方程式。

(1)根据化合价代数和为0，在MnOOH中，O为-2价，H为+1价，所以Mn元素的化合价为+3价；

(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，单质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）；

(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

=10-6，=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=10-11，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；

(4)电解时，阳极上Mn2+失电子发生氧化反应，与溶液中的水发生反应生成MnO2和水，则阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；在阴极上溶液中的Zn2+得电子发生还原反应生成单质Zn，废电解液为硫酸，因此本工艺中应循环利用的物质是H2SO4；

(5)“粉料”中的MnOOH具有氧化性，与盐酸发生氧化还原反应，产生MnCl2、Cl2、H2O，根据电子守恒、原子守恒，可得该反应的化学方程式为2MnOOH+6HCl2MnCl2+Cl2↑+4H2O。