Question

【題目】廢舊電池的回收處理，既能減少對環境的污染，又能實現資源的再生利用。將廢舊鋅錳電池初步處理后，所得廢料含MnO2、MnOOH、Zn(OH)2及少量Fe等，用該廢料制備Zn和MnO2的一種工藝流程如下：

已知：

①Mn2+在酸性條件下比較穩定，pH高于5.5時易被O2氧化

②有關Ksp數據如下表所示

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

回答下列問題：

(1)還原焙燒過程中， MnOOH與炭黑反應，錳元素被還原為MnO，該反應的化學方程式為___________。傳統的工藝是使用濃鹽酸在加熱條件下直接處理廢料，缺點是___________。

(2)酸漫時一般會適當加熱并不斷攪拌，其作用是___________，濾渣1和濾渣2主要成分的化學式依次是___________。

(3)凈化時，先通入O2再加入MnCO3，其目的是___________；已知凈化時溶液中Mn2+、Zn2+的濃度約為0.1mol·L－1，調節pH的合理范圍是___________。

(4)電解制取MnO2時，MnO2在___________極產生。

(5)中科院研究人員將MnO2和生物質置于一個由濾紙制成的折紙通道內形成電池，該電池可將軟飲料中的葡萄糖作為燃料獲得能量，裝置如圖所示。此裝置中b極的電極反應式為______________________。

Answer 1

【答案】（1）2MnOOH+C 2MnO+CO↑+H2O↑ 反應過程中產生氯氣，造成環境污染 加快酸浸時的反應速率 C、 Fe(OH)3 先將Fe2+氧化成Fe3+，再調節pH使Fe3+沉淀完全 3≤pH<5.5 陽 C6H12O6-2e-=C6H10O6+2H+

【解析】

廢料中加入過量的炭黑，還原焙燒，錳元素變成二價錳離子，酸浸時得到錳離子、鋅離子和亞鐵離子，過量的碳黑不溶于酸，過濾變成濾渣1，溶液中需要除去亞鐵離子，利用表格數據，應將亞鐵離子氧化為鐵離子以氫氧化鐵沉淀形成分離除去，但是需要注意二價錳離子在酸性條件下比較穩定，pH高于5.5時易被O2氧化，所以應先通入氧氣，后加入碳酸錳調節溶液的pH值并控制二價錳離子不被氧化。最后通過電解，鋅離子得到電子在陰極生成鋅，二價錳離子在陽極失去電子生成二氧化錳。

（1）MnOOH與炭黑反應，錳元素被還原為MnO ，因為碳過量時生成一氧化碳，方程式為：2MnOOH+C 2MnO+CO↑+H2O↑，二氧化錳和濃鹽酸反應生成氯氣，造成環境污染。

（2）加熱和攪拌都可以加快酸浸時的反應速率，碳不溶于水或酸，所以濾渣1為碳，溶液中通入氧氣和加入碳酸錳，使鐵元素變成Fe(OH)3沉淀而分離。

（3）實驗過程中需要將亞鐵離子氧化并沉淀，但不能將錳元素氧化和沉淀，因為二價錳在酸性條件下很穩定，所以先通入氧氣，先將Fe2+氧化成Fe3+，再調節pH使Fe3+沉淀完全，當鐵離子濃度小于或等于10-5mol/L時認為完全沉淀，假設此時溶液中的氫氧根離子濃度為xmol/L，則有10-5×x3=10-38，解x=10-11mol/L，則溶液的pH為3，溶液中Mn2+、Zn2+的濃度約為0.1mol·L－1，形成Mn(OH)2沉淀時的氫氧根離子濃度為ymol/L，則有0.1×y2=10-13，形成Zn (OH)2沉淀時的氫氧根離子濃度為zmol/L，0.1×z2=10-17，y=10-6 mol/L，z=10-8 mol/L，對應的pH分別為8和6，且Mn2+在pH高于5.5時易被O2氧化，所以應調節pH范圍為3≤pH<5.5。

（4）電解過程中錳元素化合價升高，在陽極生成二氧化錳。

（5）二氧化錳做氧化劑，得到電子，在正極反應，則葡萄糖失去電子，電極反應為：C6H12O6-2e-=C6H10O6+2H+。