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 + 2MnO2Zn(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）MnOOH中，Mn元素的化合價為________。

（2）“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），主要原因是“粉料”中含有________。

（3）“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pH使Fe3+完全沉淀。（離子濃度小于1×10－5mol·L－1即為沉淀完全）已知浸出液中Mn2+、Zn2+的濃度約為0.1 mol·L－1，根據下列數據計算調節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

（4）“電解”時，陽極的電極反應式為_____。本工藝中應循環利用的物質是_____（填化學式）。

（5）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________。

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

Answer 1

【答案】 +3 C 3 6 87

【解析】(1)根據化合價代數和為0，MnOOH中，Mn元素的化合價為+3價；
(2)廢舊堿性鋅錳電池粉料中含有碳具有還原性，“還原焙燒”過程中，碳將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)，故答案為C；
(3)“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，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pH的合理范圍是 3-6，使Fe3+完全沉淀，Mn2+，Zn2+不沉淀；
(4)電解陽極Mn2+失電子發生氧化反應生成MnO2，陽極的電極反應式為Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，陰極Zn2+得電子發生還原反應生成Zn，廢電解液為硫酸，則本工藝中應循環利用的物質是H2SO4，故答案為：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；H2SO4；
(5)“粉料”中的MnOOH具有氧化性，與鹽酸發生氧化還原反應，則反應的化學方程式為2MnOOH+6HCl2MnCl2+4H2O+Cl2↑；
(6)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。