Question

1．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO₂、ZnCl₂和 NH₄Cl 等组成的糊状填充物．该电池放电过程产生 MnOOH．回收处理该废电池可得到多种化工原料．有关数据如表所示溶解度/（g/100g 水）

温度/℃ 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

回答下列问题：
（1）该电池的正极反应式为MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH，电池反应的离子方程式为2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺；．
（2）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有 ZnCl₂和NH₄Cl，二者可通过加热浓缩、冷却结晶（填操作方法）分离回收；欲从滤渣中得到较纯的 MnO₂，最简便的方法为在足量的空气或氧气中加热．
（3）用废电池的锌皮制备 ZnSO₄•7H₂O 的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：加稀 H₂SO₄和 H₂O₂溶解，铁变为Fe³⁺，加碱调节至 pH 为3时，铁刚好沉淀完全（离子浓度小于 1×10^-5 mol•L^-1时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱至 pH 为6时，锌开始沉淀（假定Zn²⁺浓度为0.1mol•L^-1）．若上述过程不加H₂O₂后果是Zn²⁺和Fe²⁺不能分离．

Answer 1

分析 （1）该电池的正极发生还原反应，MnO₂被还原生成MnOOH；负极锌被氧化生成Zn²⁺，以此书写电池总反应式；
（2）滤液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，根据溶解度的差异，可通过加热浓缩溶液，到一定程度NH₄Cl析出，而ZnCl₂保留在水中；填充物含有碳粉、二氧化锰，且生成MnOOH等，在空气中加热时，碳粉、MnOOH可被氧化；
（3）铁加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，铁刚好沉淀完全时离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1，结合Ksp=10^-38计算pH，并根据Ksp计算锌开始沉淀的pH．

解答 解：（1）该电池的正极发生还原反应，MnO₂被还原生成MnOOH，电极方程式为MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH，负极锌被氧化生成Zn²⁺，电池总反应式为2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺，
故答案为：MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH；2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺；
（2）滤液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，根据溶解度的差异，可通过加热浓缩溶液，到一定程度NH₄Cl析出，而ZnCl₂保留在水中，达到分离的目的；填充物含有碳粉、二氧化锰，且生成MnOOH等，在空气中加热时，碳粉、MnOOH可被氧化，分别生成二氧化碳和二氧化锰，
故答案为：加热浓缩；冷却结晶；在足量的空气或氧气中加热；
（3）铁加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，铁刚好沉淀完全时离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1，因Ksp=10^-38，
则c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=1×10^-11mol/L，此时pH=3，
如锌开始沉淀，则c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-17}}{0.1}}$mol/L=10^-8mol/L，此时pH=6，
由表中数据可知Zn（OH）₂、Fe（OH）₂的Ksp相近，如不加H₂O₂，则Zn²⁺和Fe²⁺不能分离，
故答案为：Fe³⁺；3；6；Zn²⁺和Fe²⁺不能分离．

点评 本题考查原电池知识以及物质的分离、提纯，侧重于原电池的工作原理以及实验基本操作和注意问题，题目难度中等，有利于培养学生良好的科学素养．