Question

【題目】【2016年普通高等學校招生全國統一考試（新課標Ⅱ卷）】酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是碳粉，MnO2，ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物，該電池在放電過程產生MnOOH，回收處理該廢電池可得到多種化工原料，有關數據下表所示：

溶解度/(g/100g水)

溫度/℃ 化合物	0	20	40	60	80	100
NH4Cl	29.3	37.2	45.8	55.3	65.6	77.3
ZnCl2	343	395	452	488	541	614

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

回答下列問題：

（1）該電池的正極反應式為 ，電池反應的離子方程式為 。

（2）維持電流強度為0.5A，電池工作五分鐘，理論上消耗Zn g。（已經F＝96500C/mol）

（3）廢電池糊狀填充物加水處理后，過濾，濾液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通過____分離回收；濾渣的主要成分是MnO2、______和 ，欲從中得到較純的MnO2，最簡便的方法是 ，其原理是 。

（4）用廢電池的鋅皮制備ZnSO4·7H2O的過程中，需去除少量雜質鐵，其方法是：加稀硫酸和H2O2溶解，鐵變為_____，加堿調節至pH為 時，鐵剛好完全沉淀（離子濃度小于1×10-5mol/L時，即可認為該離子沉淀完全）；繼續加堿調節至pH為_____時，鋅開始沉淀（假定Zn2＋濃度為0.1mol/L）。若上述過程不加H2O2后果是 ，原因是 。

Answer 1

【答案】（1）MnO2＋e—＋H＋＝MnOOH；Zn＋2MnO2＋2H＋＝Zn2＋＋2MnOOH （2）0.05g

（3）加熱濃縮、冷卻結晶；碳粉、MnOOH；在空氣中加熱；碳粉轉變為CO2，MnOOH氧化為MnO2 （4）Fe3＋；2.7；6；Zn2＋和Fe2＋分離不開；Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近

【解析】（1）酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，鋅是活潑的金屬，鋅是負極，電解質顯酸性，則負極電極反應式為Zn—2e—＝Zn2＋。中間是碳棒，碳棒是正極，其中二氧化錳得到電子轉化為MnOOH，則正極電極反應式為MnO2＋e—＋H＋＝MnOOH，所以總反應式為Zn＋2MnO2＋2H＋＝Zn2＋＋2MnOOH。

（2）維持電流強度為0.5A，電池工作五分鐘，則通過的電量是0.5×300＝150，因此通過電子的物質的量是，鋅在反應中失去2個電子，則理論消耗Zn的質量是。

（3）廢電池糊狀填充物加水處理后，過濾，濾液中主要有氯化鋅和氯化銨。根據表中數據可知氯化鋅的溶解度受溫度影響較大，因此兩者可以通過結晶分離回收，即通過蒸發濃縮、冷卻結晶實現分離。二氧化錳、鐵粉、MnOOH均難溶于水，因此濾渣的主要成分是二氧化錳、碳粉、MnOOH。由于碳燃燒生成CO2，MnOOH能被氧化轉化為二氧化錳，所以欲從中得到較純的二氧化錳，最簡便的方法是在空氣中灼燒。

（4）雙氧水具有強氧化性，能把鐵氧化為鐵離子，因此加入稀硫酸和雙氧水，溶解后鐵變為硫酸鐵。根據氫氧化鐵的溶度積常數可知，當鐵離子完全沉淀時溶液中鐵離子濃度為10—5mol/L，則溶液中氫氧根的濃度＝，所以氫離子濃度是2×10—3mol/L，pH＝2.7，因此加堿調節pH為2.7時鐵剛好完全沉淀。Zn2＋濃度為0.1mol/L，根據氫氧化鋅的溶度積常數可知開始沉淀時的氫氧根濃度為＝＝10—8mol/L，氫離子濃度是10—6mol/L，pH＝6，即繼續加堿調節pH為6時鋅開始沉淀。如果不加雙氧水，則鐵與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵，由于氫氧化亞鐵和氫氧化鋅的溶度積常數接近，因此在沉淀鋅離子的同時亞鐵離子也沉淀，導致生成的氫氧化鋅不純，無法分離開Zn2＋和Fe2＋。