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【题目】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。有关数据如下表所示:

溶解度/(g/100 g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

10-39

回答下列问题:

(1)该电池的正极反应式为________________________________________,

电池反应的离子方式为________________________________________。

(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌________g。(已知F=96 500 C·mol-1)

(3)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________分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、________和________,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法为________,其原理是_______________________________________________________。

【答案】(1)MnO2+H+e===MnOOH 2MnO2+Zn+2H===2MnOOH+Zn2+

[注:式中Zn2+可写为Zn(NH3)42+,Zn(NH3)2Cl2等,H可写为]

(2)0.05

(3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 在空气中加热 碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2

【解析】(1)酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应,该电池放电过程中产生MnOOH,则正极反应式为MnO2+H+e===MnOOH。金属锌做负极,发生氧化反应生成Zn2+,则负极反应式为Zn-2e===Zn2+,结合得失电子守恒可得电池反应式为2MnO2+2H+Zn===2MnOOH+Zn2+

(2)电流强度为I=0.5 A,时间为t=5 min=300 s,则通过电极的电量为Q=It=0.5 A×300 s=150 C,又知F=96 500 C·mol-1,故通过电子的物质的量为≈0.001 6 mol,则理论上消耗Zn的质量为 65 g·mol-1×0.001 6 mol×1/2≈0.05 g。

(3)由NH4Cl、ZnCl2的溶解度与温度的关系可知,相同温度下,ZnCl2的溶解度远远大于NH4Cl,因此从滤液中分离NH4Cl和ZnCl2,可采用加热浓缩、冷却结晶的方法。废电池的糊状填充物由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成,加水处理后,过滤,滤渣中含有碳粉、MnO2及MnOOH等,欲从中得到较纯的MnO2,可采用在空气中加强热的方法,碳粉与O2反应生成CO2,MnOOH氧化为MnO2

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(2)实验室保存溶液B 时为了防止出现浑浊通常采用的措施是___________

(3)证明沉淀已经洗涤干净的操作是___________

(4)写出该方法中发生的主要反应的离子方程式___________

(5)实际生产中为提高产率,起始所用FeSO4·7H2O FeCl3·6H2O 的物质的量之比大于1:2,原因是___________

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4A中残留物进行分离,其中得到一种不溶于水的红棕色固体,写出A中生成该固体的化学方程式___________________________

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B.
C.
D.

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