Question

8．酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池的构造简图如下所示，比较二者的异同，回答问题

化合物	Zn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
Ksp近似值	10-17	10-17	10-39

（1）酸性锌锰干电池的负极反应为Zn-2e^-=Zn²⁺
（2）碱性锌锰干电池在放电过程产生MnOOH，写出正极反应式MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-．
（3）维持电流强度为0.6A，电池工作10分钟，理论消耗Zn0.12g．（结果保留到小数点后两位，F=96500C/mol）
（4）用回收分离出的锌皮制作七水合硫酸锌，需去除少量杂质铁，除杂步骤如下：
①加入足量稀硫酸和双氧水溶液将锌皮溶解，此时锌离子浓度为0.1mol/L
②调节溶液的pH为2.7到6之间（结果保留到小数点后一位），过滤除去含铁元素的沉淀．

Answer 1

分析 （1）酸性锌锰干电池的负极为锌；
（2）正极上二氧化锰得电子发生还原反应生成MnOOH；
（3）持电流强度为0.6A，电池工作10分钟，则电量为0.6A×600s=360C，转移电子的物质的量为$\frac{360C}{96500C/mol}$=0.00373mol，以此计算消耗锌的质量、物质的量；
（4）①根据表格中的信息可知，Fe（OH）₃沉淀的生成更容易，而Zn（OH）₂和Fe（OH）₂的沉淀同时发生．故要想除去锌中的铁杂质，应将铁转化为Fe³⁺，而铁和稀硫酸只能反应为Fe²⁺，故应加入氧化剂，据此分析；
②根据Ksp计算Zn²⁺开始沉淀的pH和Fe³⁺沉淀完全的pH，然后根据调节pH的目的是使Fe³⁺沉淀完全而Zn²⁺不沉淀来分析．

解答 解：（1）酸性锌锰干电池的负极为锌，负极反应为Zn-2e^-=Zn²⁺，故答案为：Zn-2e^-=Zn²⁺；
（2）在碱性锌锰原电池中，Zn易失电子作负极、二氧化锰作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-．故答案为：MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-；
（3）持电流强度为0.6A，电池工作10分钟，则电量为0.6A×600s=360C，转移电子的物质的量为$\frac{360C}{96500C/mol}$=0.00373mol，则消耗Zn的质量为0.00373mol×$\frac{1}{2}$×65g/mol=0.12g，
故答案为：0.12；
（4）①根据表格中的信息可知，Fe（OH）₃沉淀的生成更容易，而Zn（OH）₂和Fe（OH）₂的沉淀同时发生．故要想除去锌中的铁杂质，应将铁转化为Fe³⁺，而铁和稀硫酸只能反应为Fe²⁺，故应加入氧化剂，故可以加入绿色的氧化剂双氧水，故答案为：双氧水；
②由于调节pH的目的是使Fe³⁺沉淀完全而Zn²⁺不沉淀．而
设Zn²⁺开始沉淀时所需的氢氧根的浓度为c（OH^-），则有：0.1mol/L×c²（OH^-）=10^-17，解得c（OH^-）=10^-8mol/L，则c（H⁺）=10^-6mol/L，pH=6．
设Fe³⁺沉淀完全时所需的氢氧根的浓度为c（OH^-），由于当一种离子沉淀完全时即浓度小于等于10^-5mol/L时，则有：10^-5mol/L×c³（OH^-）=10^-39，解得c（OH^-）=$\root{3}{1{0}^{-34}}$mol/L≈0.5×10^-11mol/L，此时pH=2.7．
故应调节pH在2.7到6之间．故答案为：2.7；6．

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以及实验基本操作和注意问题，题目难度中等，有利于培养学生良好的科学素养．