Question

12．酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是有碳粉、MnO₂、NH₄Cl等組成的糊狀填充物，其結構如下圖．該電池在放電時發生的主要反應為：Zn+2NH₄Cl+2MnO₂=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH
回收處理該廢舊電池可以得到多種化工原料，有關數據下圖所示：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

某化學課外小組設計了如下廢舊電池綜合利用工藝（不考慮廢舊電池中實際存在的少量其他金屬）：

回答下列問題：
（1）該酸性鋅錳干電池放電時的正極反應式為MnO₂+e^-+NH₄⁺=MnOOH+NH₃；
（2）晶體A的化學式為NH₄Cl；
（3）操作③的名稱為在空氣中灼燒；
（4）從MnO₂獲得K₂MnO₄的反應方程式為3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
（5）用廢電池的鋅皮制作ZnSO₄•7H₂O，需去除少量雜質鐵，其方法是：
①加入足量的稀H₂SO₄和H₂O₂溶解．加入H₂O₂反應的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②加堿調節pH為3，使鐵剛好完全沉淀，過濾．向濾液中繼續加堿調節pH使鋅剛好完全沉淀．過濾、洗滌．
③將沉淀溶于稀H₂SO₄，經過蒸發濃縮、冷卻結晶（答操作名稱）、過濾、洗滌、干燥得到ZnSO₄•7H₂O，晶體用冷水洗滌的原因是降低晶體的溶解度，減少損失．

Answer 1

分析 （1）原電池的正極應是氧化劑發生還原反應，根據原電池的總反應Zn+2NH₄Cl+2MnO₂=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH可知正極反應式；
（2）廢電池經機械分離后，糊狀物主要為MnO₂、MnOOH、NH₄Cl、碳粉、Zn（NH₃）₂Cl₂等．加稀鹽酸溶解得到氯化銨和氯化鋅溶液，過濾得殘渣主要為MnO₂、MnOOH、碳粉，殘渣在空氣中灼燒碳被氧化成二氧化碳，MnOOH被氧化成二氧化錳，二氧化錳在堿性高溫的條件下被氯酸鉀氧化成錳酸鉀，根據氯化銨和氯化鋅的溶解度可知，混合溶液經濃縮后過濾可得晶體A為NH₄Cl，再將濾液蒸發結晶可得晶體B為氯化鋅，據此答題；
（3）根據（2）中的分析可知操作③的名稱；
（4）根據流程可知，二氧化錳在堿性高溫的條件下被氯酸鉀氧化成錳酸鉀，據此書寫化學方程式；
（5）鋅皮含有少量雜質鐵，溶于稀硫酸和雙氧水，得硫酸鋅和硫酸鐵混合溶液，調節pH值使鐵剛好完全沉淀，鋅不沉淀，過濾除去鐵，再調節pH值使鋅生成氫氧化鋅沉淀，將氫氧化鋅溶于硫酸得硫酸鋅溶液，經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到ZnSO₄•7H₂O，據此答題；

解答 解：（1）原電池的正極應是氧化劑發生還原反應，根據原電池的總反應Zn+2NH₄Cl+2MnO₂=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH可知正極反應式為MnO₂+e^-+NH₄⁺=MnOOH+NH₃，
故答案為：MnO₂+e^-+NH₄⁺=MnOOH+NH₃；
（2）廢電池經機械分離后，糊狀物主要為MnO₂、MnOOH、NH₄Cl、碳粉、Zn（NH₃）₂Cl₂等．加稀鹽酸溶解得到氯化銨和氯化鋅溶液，過濾得殘渣主要為MnO₂、MnOOH、碳粉，殘渣在空氣中灼燒碳被氧化成二氧化碳，MnOOH被氧化成二氧化錳，二氧化錳在堿性高溫的條件下被氯酸鉀氧化成錳酸鉀，根據氯化銨和氯化鋅的溶解度可知，混合溶液經濃縮后過濾可得晶體A為NH₄Cl，再將濾液蒸發結晶可得晶體B為氯化鋅，
故答案為：NH₄Cl；
（3）根據（2）中的分析可知操作③的名稱為在空氣中灼燒，
故答案為：在空氣中灼燒；
（4）根據流程可知，二氧化錳在堿性高溫的條件下被氯酸鉀氧化成錳酸鉀，反應的化學方程式為3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，
故答案為：3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
（5）鋅皮含有少量雜質鐵，溶于稀硫酸和雙氧水，得硫酸鋅和硫酸鐵混合溶液，調節pH值使鐵剛好完全沉淀，鋅不沉淀，過濾除去鐵，再調節pH值使鋅生成氫氧化鋅沉淀，將氫氧化鋅溶于硫酸得硫酸鋅溶液，經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到ZnSO₄•7H₂O，
①加入H₂O₂氧化亞鐵離子，反應的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②根據Fe（OH）₃的Ksp可知，鐵離子沉淀完全時，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{10{\;}^{-39}}{1{0}^{-5}}}$=1×10^-11 mol/L，所以溶液的pH值為3，使鐵剛好完全沉淀，
故答案為：3；
③硫酸鋅溶液經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到ZnSO₄•7H₂O，晶體用冷水洗滌的原因是降低晶體的溶解度，減少損失，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；降低晶體的溶解度，減少損失．

點評 本題考查物質制備分離、閱讀題目獲取信息能力、化學方程式及離子方程式書寫、化學計算等，需要學生具備扎實的基礎及遷移運用能力，難度中等．