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13.常见的酸性锌锰干电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是有碳粉、二氧化锰、氯化锌和氯化铵等组成的糊状填充物,回收处理该废电池可以得到多种化工原料,有关数据如下表所示:溶解度/(g/100g水)

温度/℃
化合物
020406080100
NH4Cl29.337.245.855.365.677.3
ZnCl2343395452488541614
不溶物溶度积:
化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3
Ksp近似值10-1710-1710-39
回答下列问题:
(1)该电池的总反应式可表述为Zn+2NH4++2MnO2═Zn2++2NH3+2MnO(OH).则对应的正极反应式应为MnO2+e-+NH4+=MnO(OH)+NH3,MnO(OH)中锰元素的化合价为+3价.
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,理论消耗锌0.05g.(已经F=96500C/mol)
(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,若将滤液加热蒸发,首先应该析出的物质应是NH4Cl,原因是同温下它的溶解度远小于ZnCl2;滤渣的主要成分是MnO2、MnO(OH)和碳粉.
(3)废电池的锌皮中有少量杂质铁、将其加入稀硫酸溶解,再加入双氧水,加碱调节pH可得到Fe(OH)3沉淀.加入双氧水时发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;铁离子开始沉淀时的溶液的pH应为(假定Fe3+为0.01mol•L-1)2;若上述过程不加双氧水就加碱调节pH,直接得到的沉淀中应主要含有Zn(OH)2和Fe(OH)2

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,依据以上合计代数和为0计算锰元素化合价;
(2)持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,则电量为0.5A×300s=150C,转移电子的物质的量为$\frac{150C}{96500C/mol}$,以此计算消耗锌的质量、物质的量;
(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,若将滤液加热蒸发,依据溶解度比较判断析出晶体顺序,填充物含有碳粉、二氧化锰、氯化锌和氯化铵等组成的糊状填充物,溶解后滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,滤渣的主要成分是MnO2、碳粉盒原电池反应生成的MnO(OH)等;
(4)铁加入稀H2SO4和H2O2,可被氧化生成Fe3+,铁离子开始沉淀时的溶液的pH应为(假定Fe3+为0.01mol•L-1),结合Ksp=10-39计算pH,若不加入过氧化氢,亚铁离子不能被氧化为铁离子,在调节溶液PH时生成的沉淀为氢氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化锌沉淀.

解答 解:(1)电池的总反应式可表述为Zn+2NH4++2MnO2═Zn2++2NH3+2MnO(OH),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+e-+NH4+=MnO(OH)+NH3,负极锌被氧化生成Zn2+,MnO(OH)中氧元素化合价-2价,氢元素化合价为+1价,元素化合价代数和为0得到锰元素化合价为+3价,
故答案为:2MnO2+Zn+2H+=2MnOOH+Zn2+,+3;
(2)持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,则电量为0.5A×300s=150C,转移电子的物质的量为$\frac{150C}{96500C/mol}$,则消耗Zn的质量为$\frac{150C}{96500C/mol}$×$\frac{1}{2}$×65g/mol=0.05g,
故答案为:0.05;
(3)滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,通过加热浓缩、冷却结晶得到晶体,氯化铵溶解度随温度升高变化不大,氯化锌溶解度随温度变化很大,相同温度下氯化铵溶解度小于氯化锌,则首先应该析出的物质应是NH4Cl,填充物含有碳粉、二氧化锰、氯化锌和氯化铵等组成的糊状填充物,溶解后滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,滤渣的主要成分是MnO2、碳粉盒原电池反应生成的MnO(OH)等,
故答案为:NH4Cl,同温下它的溶解度远小于ZnCl2,碳粉;
(4)铁加入稀H2SO4生成硫酸亚铁和氢气,酸性溶液中加入H2O2,亚铁离子可被氧化生成Fe3+,反应的离子方程式为:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2 H2O,铁离子开始沉淀时的溶液的pH应为(假定Fe3+为0.01mol•L-1),因Ksp=10-39
则c(OH-)=$\root{3}{\frac{Ksp}{c(F{e}^{3+})}}$=$\root{3}{\frac{1{0}^{-39}}{0.01}}$mol/L≈1×10-12mol/L,此时pH=2,
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+分离不开,加碱调节pH,直接得到的沉淀中应主要含有Zn(OH)2和Fe(OH)2
故答案为:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O,2,Zn(OH)2和Fe(OH)2

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.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

3.下列有关元素或化合物性质的比较不正确的是(  )
A.酸性:H2SO4>H2SO3B.氧化性:H2SO4(浓)>H2SO4(稀)
C.稳定性:CH4<SiH4D.碱性:Mg(OH)2>Al(OH)3

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

4.某中学化学兴趣小组欲制取饱和氯水,并进行氯水的氧化性实验.他们采用如图1装置,制取较大量的饱和氯水,并进行有关实验.

(1)写出仪器名称A分液漏斗、B圆底烧瓶.
(2)写出装置甲中发生反应的化学方程式4HCl(浓)+MnO2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O.
(3)为使制取过程简便并保证制得的氯水纯净,有的同学提出了如下建议:
①在装置乙和丙之间增加装置戊[图(a)],你认为有无必要无(填“有”或“无”).②在装置丙的长导管口处,接一个多孔球泡[如图(b)],可以提高氯气的吸收效果.原因是增加氯气与水的接触面积,利于氯气溶解.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.如图1的实线表示元素周期表的部分边界. ①~⑤分别表示元素周期表中对应位置的元素.
(1)③④⑤的氢化物稳定性由强到弱的顺序是HF>H2O>H2S (用化学式表示).
(2)写出②含有12个中子的核素的化学符号2311Na
(3)M、N两种化合物均由①②③④四种元素组成,写出此两种化合物在水溶液中发生反应的离子方程式H++HSO3-═SO2↑+H2O.
(4)X、Y、Z代表原子序数依次增大的三种短周期元素.在周期表中,Y与X相邻,Y与Z也相邻;X、Y和Z三种元素原子的最外层电子数之和为17;X、Y、Z三种元素有的是上表中编号①~⑤的元素,有的不是,不是①~⑤的元素在周期表中的位置为第二周期第VA族.X、Y、Z和①可组成一化合物,其原子个数比为2﹕4﹕1﹕8,该化合物所含化学键类型为离子键和共价键
(5)某同学受镧系、锕系元素排列方式的启发,将元素周期表设计成下列更简明的形式,把118种元素全部排列在内,图2除A、B、C、D外每个位置只表示一种元素.则该图的A位置包含11(填数字)种元素.C位置中的元素是否全部是金属元素是(填“是”或“否”).

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

8.下列反应的离子方程式正确的是(  )
A.往Na[Al(OH)4]溶液中通入过量CO22[Al(OH)4]-+CO2=2Al(OH)3↓+CO32-+H2O
B.Na2SiO3溶液与稀醋酸混合SiO32-+2H+=H2SiO3
C.钠与CuSO4溶液反应2Na+Cu2+=Cu+2Na+
D.往Na2SO3溶液中滴加双氧水    H2O2+SO32-=SO42-+H2O

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

18.辉铜矿主要成分为Cu2S,软锰矿主要成分为MnO2,它们都含有少量SiO2、Fe2O3等杂质.工业上综合利用这两种矿物制备硫酸锰和碱式碳酸铜的主要工艺流程如图:

已知:①MnO2能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫;
②[Cu(NH34]SO4常温稳定,在热水中会分解生成NH3
③部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L-1计算):
开始沉淀的pH沉淀完全的pH
Fe3+1.13.2
Mn 2+8.39.8
Cu 2+4.46.4
(1)酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施有粉碎矿石、升高温度(或适当增加酸的浓度或搅拌)(任写一点);
(2)调节浸出液pH的范围为3.2≤PH<4.4,其目的是使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀而除去;
(3)本工艺中可循环使用的物质是NH3(写化学式).
(4)在该工艺的“加热驱氨”环节,若加热的温度较低或过高,都将造成碱式碳酸铜产量减少的结果;
(5)碳酸锰在一定条件下可得硫酸锰溶液,试根据如下曲线图示图,现由硫酸锰溶液制备MnSO4•H2O的实验方案为蒸发、结晶温度高于40℃,趁热过滤,用酒精洗涤,低温干燥.

(6)用标准BaCl2溶液测定样品中MnSO4•H2O质量分数时,发现样品纯度大于100%(测定过程中产生的误差可忽略),其可能原因有混有硫酸盐杂质或者部分晶体失去结晶水(任写一种).

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5.已知某纯碱样品中含有NaCl杂质,某校化学兴趣小组设计了实验方案测定该样品中纯碱的质量分数

(1)实验只提供盐酸、天平、蒸发皿、玻璃棒、铁架台(带铁夹,铁圈)甲同学设计了一个方案,实验中有关化学反应的方程式为Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O
甲同学的做法是把蒸发皿放在铁架台的铁圈上,称量一定质量的样品于蒸发皿中,称量此时蒸发皿的质量,然后加入盐酸中用玻璃棒搅拌到不再生成气体为止,再称量蒸发皿的质量,利用两次称量的质量差得到生成二氧化碳气体的质量,结合碳元素守恒计算样品中碳酸钠的质量分数
(2)乙同学设计了如图1所示的实验装置,实验步骤为:
①准确称量盛有碱石灰的干燥管的质量(设为m1
②准确称取一定量的纯碱样品(设为m0),并放入广口瓶中,用分液漏斗缓缓地滴入稀盐酸,待不再生成气体后,称量干燥管的总质量(设为m2
乙同学导出计算公式为:(Na2CO3)=$\frac{(m_{2}-m_{1})×53}{m_{0}×22}$×100%,则m2-m1表示生成二氧化碳气体的质量
如果不计称量误差,该同学的实验结果有无误差?(填“有”、“无”)有如果有是偏大还是偏小偏大(如果无误差,此空和后面空不用填)产生误差的主要原因生成的二氧化碳气体中含水蒸气,干燥管会吸收空气中的水蒸气、二氧化碳气体
(3)丙同学认为乙同学在实验装置设计和实验药品上均有缺陷,若要解决乙同学在实验中出现的问题,可对乙同学的实验装置和实验药品进行适当改动,请按合理的顺序选择图2中的仪器,并完成下表:(用大写字母代表仪器,可重复使用)
选用的仪器     
 添加的药品(或必要的操作)    

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

2.为了达到下表所列的一些有关家庭常用物质的实验要求,请选择合适的化学试剂,将其标号填入对应的空格中.
实 验 目 的化学试剂及方法供选择的化学试剂及方法
A.加入硝酸酸化的硝酸银溶液
B.加入食醋,加热
C.灼烧、闻气味
D.加入新制氢氧化铜悬浊液,加热
E.将样品滴在淀粉碘化钾试纸上
除去热水瓶中的水垢
鉴别蔗糖和葡萄糖
验证味精中是否含有食盐
区别毛织物和棉织物
检验自来水是否含Cl2分子

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

3.“如果改变影响平衡的条件之一,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动”总结出这条经验规律的科学家是(  )
A.门捷列夫B.盖斯C.勒夏特列D.范德华

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