Question

5．废旧电池的回收利用，既能减少废旧电池对环境的污染，又能实现废旧电池的资源化利用．图1是某科技小组，以废旧锌锰干电池为原料，回收及制备多种用途的碳酸锰和相关物质的主要流程：

（1）灼烧黑色粉末变成黑褐色是因为有少量MnO₂发生了反应生成了少量的MnO，其可能的反应方程式为：2MnO₂+C=2MnO+CO₂↑或MnO₂+C=MnO+CO↑．
（2）还原过程是先加入稀硫酸再加入草酸，写出反应化学方程式：MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄=MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O；在该过程中小组成员甲发现加入硫酸部分固体溶解剩余黑色固体，接着他没有加入草酸而是加入一定量的双氧水，发现固体也完全溶解了，成员乙在加硫酸后也没有加草酸，他又加入了一定量氨水，无明显变化，测得这时溶液的PH值为9，他接着又加入双氧水，发现黑色固体不减反增，写出导致固体增加的离子方程式：Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O；比较甲、乙两位组员实验你得出的结论是：酸性条件下氧化性MnO₂＞H₂O₂，碱性条件下氧化性MnO₂＜H₂O₂．
（3）操作1和操作2使用到相同的装置，操作3的名称是重结晶．
（4）硫酸锰转化为碳酸锰的操作是，在60摄氏度下调节PH值后加入碳酸氢铵溶液，直到不再有气泡产生后再加热反应1小时，写出反应的化学方程式：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．
（5）已知锌锰干电池的总反应为Zn+2NH₄Cl+2MnO₂=Zn（NH₃）₂Cl+2MnOOH，写出电池正极的电极MnO₂+NH₄⁺+eˉ=MnO（OH）+NH₃；电解MnSO₄溶液回收锰的阳极的电极反应式：2H₂O-4eˉ=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4eˉ=O₂↑+2H₂O）．

Answer 1

分析 （1）废旧锌锰干电池剥离出的黑色粉末中含有碳粉和二氧化锰，碳有还原性，在加热时可将二氧化锰还原成氧化锰；
（2）还原过程中草酸将二氧化锰还原成硫酸锰；根据题中现象描述可知，在酸性条件下双氧水能溶解二氧化锰，说明二氧化锰能氧化双氧水，在碱性条件下，加入双氧水，发现黑色固体不减反增，说明溶液中的锰离子变成了二氧化锰，即双氧水将锰离子氧化成了二氧化锰，据此分析；
（3）操作1和操作2都是分离固体和液体，都使用过滤的装置，操作3是分离氯化锌和氯化铵，用重结晶的方法；
（4）硫酸锰中加入碳酸氢铵溶液生成碳酸锰，同时有气泡产生应为二氧化碳，根据元素守恒可书写化学方程式；
（5）在锌锰干电池中，二氧化锰是氧化剂，在正极发生还原反应生成MnOOH，电解MnSO₄溶液时，阳极上是水电离出的氢氧根离子放电生成氧气，阴极上是锰离子得电子生成锰，据此答题．

解答 解：（1）废旧锌锰干电池剥离出的黑色粉末中含有碳粉和二氧化锰，碳有还原性，在加热时可将二氧化锰还原成氧化锰，反应的化学方程式为2MnO₂+C=2MnO+CO₂↑或MnO₂+C=MnO+CO↑，
故答案为：2MnO₂+C=2MnO+CO₂↑或MnO₂+C=MnO+CO↑；
（2）还原过程中草酸将二氧化锰还原成硫酸锰，反应方程式为MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄=MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O，根据题中现象描述可知，在酸性条件下双氧水能溶解二氧化锰，说明二氧化锰能氧化双氧水，在碱性条件下，加入双氧水，发现黑色固体不减反增，说明溶液中的锰离子变成了二氧化锰，即双氧水将锰离子氧化成了二氧化锰，反应方程式为Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O，比较甲、乙两位组员实验可得出的结论是酸性条件下氧化性MnO₂＞H₂O₂，碱性条件下氧化性MnO₂＜H₂O₂，
故答案为：MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄=MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O；Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O；酸性条件下氧化性MnO₂＞H₂O₂，碱性条件下氧化性MnO₂＜H₂O₂；
（3）操作1和操作2都是分离固体和液体，都使用过滤的装置，操作3是分离氯化锌和氯化铵，用重结晶的方法，
故答案为：重结晶；
（4）硫酸锰中加入碳酸氢铵溶液生成碳酸锰，同时有气泡产生应为二氧化碳，反应的化学方程式为MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
故答案为：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（5）在锌锰干电池中，二氧化锰是氧化剂，在正极发生还原反应生成MnOOH，电极反应式为MnO₂+NH₄⁺+eˉ=MnO（OH）+NH₃，电解MnSO₄溶液时，阳极上是水电离出的氢氧根离子放电生成氧气，阴极上是锰离子得电子生成锰，阳极的电极反应式为2H₂O-4eˉ=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4eˉ=O₂↑+2H₂O），
故答案为：MnO₂+NH₄⁺+eˉ=MnO（OH）+NH₃；2H₂O-4eˉ=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4eˉ=O₂↑+2H₂O）．

点评 本题考查了物质制备方案设计，为高频考点，侧重于学生的分析、实验能力的考查，题目涉及离子方程式的书写、电极反应式的书写、氧化还原反应等知识，题目难度中等，注意把握实验的流程以及相关物质的性质．