Question

【題目】堿性鋅錳電池是日常生活中消耗量最大的電池， 其構造如圖所示。放電時總反應為：Zn + 2H2O + 2MnO2==Zn(OH)2 + 2MnOOH 從廢舊堿性鋅錳電池中回收Zn和MnO2的工藝如下：

回答下列問題：

(1)“還原焙燒”過程中，高價金屬化合物被還原為低價氧化物或金屬單質（其中MnOOH、MnO2被還原成MnO),碳作為還原劑生成CO2，則CO2的電子式為___________。

(2)“凈化”是為了除去浸出液中的Fe2+，方法是：加入______(填化學式)溶液將Fe2+氧化為Fe3+,再調節(jié)pH使Fe3+完全沉淀。己知浸出液中Mn2+、Zn2+的濃度約為0.1mol·L-1，根據(jù)下列數(shù)據(jù)計算，調節(jié)pH的合理范圍是____至_______。

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

(離子濃度小于1×10-5 mol·L-1即為沉淀完全)

(3)“電解”時，陽極的電極反應式為______________。

本工藝中應循環(huán)利用的物質是____________(填化學式)。

(4)若將“粉料”直接與鹽酸共熱反應后過濾，濾液的主要成分是ZnCl2和MnCl2。“粉料”中的MnOOH與鹽酸反應的化學方程式為___________________。

(5)某堿性鋅錳電池維持電流強度0.5A (相當于毎秒通過5×10-6mol電子)，連續(xù)工作80分鐘即接近失效。如果制造一節(jié)電池所需的鋅粉為6 g，則電池失效時仍有________%的金屬鋅未參加反應。

Answer 1

【答案】 H2O2 (或KMnO4) 3 6 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ H2SO4 2MnOOH+6HClCl2↑+2MnCl2↑+4H2O 87

【解析】(1)CO2是共價化合物，其CO2的電子式為；

(2) “凈化”是為了除去浸出液中的Fe2+，利用H2O2溶液具有氧化性將Fe2+氧化為Fe3+，再由Mn（OH）2、Zn（OH）2的KSP近似值可求得Mn2+，Zn2+開始沉淀時的氫氧根濃度分別為=10-6， =10-8，即Mn2+，Zn2+開始沉淀時的pH分別為8和6，而Fe（OH）3沉淀完全時的氫氧根濃度為=10-11，即Fe（OH）3沉淀完全時的pH為3，所以調節(jié)pH的合理范圍是 3-6，使Fe3+完全沉淀，Mn2+，Zn2+不沉淀；

(3)電解陽極Mn2+失電子發(fā)生氧化反應生成MnO2，陽極的電極反應式為Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，陰極Zn2+得電子發(fā)生還原反應生成Zn，廢電解液為硫酸，則本工藝中應循環(huán)利用的物質是H2SO4 ；

（4）“粉料”中的MnOOH具有氧化性，與鹽酸發(fā)生氧化還原反應，則反應的化學方程式為2MnOOH+6HCl2MnCl2+4H2O+Cl2↑；
（5）80分鐘轉移電子的物質的量為5×10-6 mol×80×60=0.024mol，則消耗的Zn的質量為×65g/mol=0.78g，所以如果制造一節(jié)電池所需的鋅粉為6g，則電池失效時仍有×100%=87%的金屬鋅未參加反應。