Question

1．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，其周圍是由碳粉、MnO₂、ZnCl₂和 NH₄Cl 等組成的糊狀填充物．該電池放電過程產生 MnOOH．回收處理該廢電池可得到多種化工原料．有關數據如表所示溶解度/（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	10-38

回答下列問題：
（1）該電池的正極反應式為MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH，電池反應的離子方程式為2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺；．
（2）廢電池糊狀填充物加水處理后，過濾，濾液中主要有 ZnCl₂和NH₄Cl，二者可通過加熱濃縮、冷卻結晶（填操作方法）分離回收；欲從濾渣中得到較純的 MnO₂，最簡便的方法為在足量的空氣或氧氣中加熱．
（3）用廢電池的鋅皮制備 ZnSO₄•7H₂O 的過程中，需除去鋅皮中的少量雜質鐵，其方法是：加稀 H₂SO₄和 H₂O₂溶解，鐵變為Fe³⁺，加堿調節至 pH 為3時，鐵剛好沉淀完全（離子濃度小于 1×10^-5 mol•L^-1時，即可認為該離子沉淀完全）；繼續加堿至 pH 為6時，鋅開始沉淀（假定Zn²⁺濃度為0.1mol•L^-1）．若上述過程不加H₂O₂后果是Zn²⁺和Fe²⁺不能分離．

Answer 1

分析 （1）該電池的正極發生還原反應，MnO₂被還原生成MnOOH；負極鋅被氧化生成Zn²⁺，以此書寫電池總反應式；
（2）濾液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，根據溶解度的差異，可通過加熱濃縮溶液，到一定程度NH₄Cl析出，而ZnCl₂保留在水中；填充物含有碳粉、二氧化錳，且生成MnOOH等，在空氣中加熱時，碳粉、MnOOH可被氧化；
（3）鐵加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，鐵剛好沉淀完全時離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1，結合Ksp=10^-38計算pH，并根據Ksp計算鋅開始沉淀的pH．

解答 解：（1）該電池的正極發生還原反應，MnO₂被還原生成MnOOH，電極方程式為MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH，負極鋅被氧化生成Zn²⁺，電池總反應式為2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺，
故答案為：MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH；2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺；
（2）濾液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，根據溶解度的差異，可通過加熱濃縮溶液，到一定程度NH₄Cl析出，而ZnCl₂保留在水中，達到分離的目的；填充物含有碳粉、二氧化錳，且生成MnOOH等，在空氣中加熱時，碳粉、MnOOH可被氧化，分別生成二氧化碳和二氧化錳，
故答案為：加熱濃縮；冷卻結晶；在足量的空氣或氧氣中加熱；
（3）鐵加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，鐵剛好沉淀完全時離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1，因Ksp=10^-38，
則c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=1×10^-11mol/L，此時pH=3，
如鋅開始沉淀，則c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-17}}{0.1}}$mol/L=10^-8mol/L，此時pH=6，
由表中數據可知Zn（OH）₂、Fe（OH）₂的Ksp相近，如不加H₂O₂，則Zn²⁺和Fe²⁺不能分離，
故答案為：Fe³⁺；3；6；Zn²⁺和Fe²⁺不能分離．

點評 本題考查原電池知識以及物質的分離、提純，側重于原電池的工作原理以及實驗基本操作和注意問題，題目難度中等，有利于培養學生良好的科學素養．