Question

【题目】废旧锌锰电池含有锌、锰元素，主要含有ZnO、ZnMn2 O4、MnO、Mn2 O3、Mn3 O4、MnO2。利用废旧锌锰电池回收锌和制备二氧化锰、硫酸的工艺流程如图：

回答下列问题：

(1)步骤②“粉碎”的主要目的是______。

(2)步骤③“酸浸”发生了一系列反应：

ZnO+ H2SO4= ZnSO4 + H2O；MnO+ H2SO4= MnSO4 + H2O；

ZnMn2O4+2H2SO4=ZnSO4 + MnSO4 +2H2O+MnO2；

MnO2 + H2SO4 + H2C2O4=MnSO4 + 2CO2 ↑+2H2O。

推测 Mn2O3 与硫酸反应的离子方程式为______。

(3)如图分别表示“酸浸”时选用不同浓度硫酸和草酸对 Zn、Mn 浸出率的影响。

①为保证 Zn、Mn 的浸出率均大于 90%，步骤③需控制的 c(H2SO4) = ____mol/L。H2C2O4 浓度对 Mn 的浸出率影响程度大于 Zn，其原因是_____。

②假设“酸浸”所得溶液中Zn2+、Mn2+浓度相等。当 c(H2C2O4)>0.25 mol/L 时，Zn、Mn 的浸出率反而下降、且Zn 的浸出率下降先于Mn，其原因可能是_____(填序号)。

a.随着反应进行 c(H+)降低

b.Zn2+、Mn2+与 C2O42- 生成沉淀

c.溶解度：ZnC2O4＜MnC2O4

(4)步骤⑤用惰性电极电解 ZnSO4 、MnSO4 的混合溶液，除生成 Zn、MnO2、H2SO4 外， 还可能生成 H2、O2 或其混合物。

①生成 MnO2 的电极反应式为_____ 。

②若 n (H2) ：n (O2)=2：1，则参加反应的 n (Zn2+)：n (Mn2+) = ______。

③该工艺流程中可循环利用的物质是________。

Answer 1

【答案】增大接触面积，提高浸出率 Mn2O3 +2H+=Mn2++H2O+ MnO2 0.5 Zn元素浸出时不需要还原剂，而+4价Mn (MnO2、Mn2O3、Mn3O4)需加入H2C2O4作还原剂更有利浸出或MnO2+H2SO4+H2C2O4=MnSO4+2CO2↑+2H2O a、b、c Mn2+ +2H2O－2e－=MnO2 +4H+ 1∶1 H2SO4或硫酸

【解析】

将废旧锌锰电池机械分离，为增加浸出率，对内部固体残渣(主要含有ZnO、ZnMn2 O4、MnO、Mn2 O3、Mn3 O4、MnO2)粉碎，加入足量H2SO4和草酸对残渣进行溶浸，发生ZnO+ H2SO4= ZnSO4 + H2O；MnO+ H2SO4= MnSO4 + H2O；ZnMn2O4+2H2SO4=ZnSO4 + MnSO4 +2H2O+MnO2；MnO2 + H2SO4 + H2C2O4=MnSO4 + 2CO2 ↑+2H2O等一系列反应，得到主要含有Mn2+、Zn2+、SO42-等离子的酸浸液，对酸浸液过滤除杂精制，对含有Mn2+、Zn2+、SO42-等离子的精制液电解得到硫酸、二氧化锰、单质锌，据此分析解答。

(1)增大接触面积，提高浸出率；

(2)ZnMn2O4可用氧化物的形式表示ZnO · Mn2O3，ZnO·Mn2O3 +2H2SO4=ZnSO4+ MnSO4+2H2O+ MnO2可知Mn2O3 +2H+=Mn2++H2O+ MnO2；

(3)①由图可知，当c(H2SO4)=0.5 mol/L时，Mn的浸出率等于90%，Zn的浸出率大于90%。由ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O、MnO+H2SO4=MnSO4+ H2O、ZnMn2O4 + 2H2 SO4=ZnSO4 + MnSO4+2H2O + MnO2、MnO2 + H2SO4 + H2C2O4=MnSO4+2CO2↑+2H2O可知，Zn的浸出只需H2SO4即可，所以Zn元素浸出时不需要还原剂，而+4价Mn(MnO2、Mn2O3、Mn3O4)需加入H2C2O4作还原剂更有利Mn的浸出。或MnO2 + H2SO4+H2C2O4=MnSO4+2CO2↑+2H2O；

②a．结合①的分析，Mn、Zn的浸出率与c(H+ )有关，如果c(H+)减小，浸出率下降，故a正确；

b．c(H2C2O4)＞0.25mol/L时，如果Zn2+、Mn2+与C2O生成沉淀，浸出率下降，故b正确；

c．如果溶解度ZnC2O4 <MnC2O4，Zn的浸出率下降先于Mn，故c正确；

答案为：a、b、c；

(4)①根据流程，酸性条件下，Mn2+失去电子转化为MnO2，则电极反应为：Mn2+ +2H2O－2e－=MnO2 +4H+；

②阴极可能发生的电极反应为Zn2++2e－=Zn，2H++2e－=H2。阳极可能发生的电极反应为Mn2+ +2H2O－2e－=MnO2 +4H+，4OH―― 4e－=2H2O+O2。当n(H2):n(O2)=2:1时电子转移恰好相等，即电极反应Zn2++2e－=Zn与Mn2+－2e－+2H2O=MnO2 +4H+转移电子数相等，参加反应的n(Zn2+):n(Mn2+ )=1:1；

③该工艺流程中可循环利用的物质是H2SO4或硫酸。