【题目】 酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是碳粉,MnO2,ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物,该电池在放电过程产生MnOOH,回收处理该废电池可得到多种化工原料,有关数据下表所示:
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 | 10-39 |
回答下列问题:
(1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为:
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,理论上消耗Zn g。(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,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,最简便的方法是 ,其原理是 。(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需去除少量杂质铁,其方法是:加稀硫酸和H2O2溶解,铁变为_____,加碱调节至pH为 时,铁刚好完全沉淀(离子浓度小于1×10-5mol/L时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱调节至pH为_____时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1mol/L)。若上述过程不加H2O2后果是 ,原因是 。
【答案】(1)MnO2+e—+H+=MnOOH;Zn+2MnO2+2H+=Zn2++2MnOOH (2)0.05g
(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 (4)Fe3+;2.7;6;Zn2+和Fe2+分离不开;Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近
【解析】(1)酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,锌是活泼的金属,锌是负极,电解质显酸性,则负极电极反应式为Zn—2e—=Zn2+。中间是碳棒,碳棒是正极,其中二氧化锰得到电子转化为MnOOH,则正极电极反应式为MnO2+e—+H+=MnOOH,所以总反应式为Zn+2MnO2+2H+=Zn2++2MnOOH。
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,则通过的电量是0.5×300=150,因此通过电子的物质的量是,锌在反应中失去2个电子,则理论消耗Zn的质量是。
(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有氯化锌和氯化铵。根据表中数据可知氯化锌的溶解度受温度影响较大,因此两者可以通过结晶分离回收,即通过蒸发浓缩、冷却结晶实现分离。二氧化锰、铁粉、MnOOH均难溶于水,因此滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉、MnOOH。由于碳燃烧生成CO2,MnOOH能被氧化转化为二氧化锰,所以欲从中得到较纯的二氧化锰,最简便的方法是在空气中灼烧。
(4)双氧水具有强氧化性,能把铁氧化为铁离子,因此加入稀硫酸和双氧水,溶解后铁变为硫酸铁。根据氢氧化铁的溶度积常数可知,当铁离子完全沉淀时溶液中铁离子浓度为10—5mol/L,则溶液中氢氧根的浓度=,所以氢离子浓度是2×10—3mol/L,pH=2.7,因此加碱调节pH为2.7时铁刚好完全沉淀。Zn2+浓度为0.1mol/L,根据氢氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为==10—8mol/L,氢离子浓度是10—6mol/L,pH=6,即继续加碱调节pH为6时锌开始沉淀。如果不加双氧水,则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁,由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的溶度积常数接近,因此在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀,导致生成的氢氧化锌不纯,无法分离开Zn2+和Fe2+。
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【题目】某化学研究性学习小组模拟工业生产流程制备无水氯化铁并对产物做如下探究实验。
已知:①无水氯化铁在空气中易潮解,加热易升华;
②工业上,向500~600 ℃的铁屑中通人氯气可生产无水氯化铁;
③向炽热的铁屑中通入氯化氢可以生产无水氯化亚铁和氢气,
(1)仪器N的名称是____________, N中盛有浓盐酸,烧瓶M中的固体试剂___________(填化学式)。
(2)装置的连接顺序为_______→ → → → → → →d→e→f。(用小写字母表示,部分装置可以重复使用)
(3)若缺少装置E,则对本实验造成的影响是___________________________。
(4)已知硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液在工业上可作脱氯剂,反应后Na2S2O3被氧化为Na2SO4,则装置D中
发生反应的离子方称式为_________________________。
(5)实验结束并冷却后,将硬质玻璃管及收集器中的物质 一并快速转移至锥形瓶中,加入过量的稀盐酸和少许植物油(反应过程中不振荡),充分反应后,进行如下实验:
①淡红色溶液中加入过量H2O2溶液后,溶液红色加深的原因是__________________(用离子方程式表示)。
②已知红色褪去的同时有气体生成,经检验气体为O2。该小组对红色褪去的原因进行探究。
由实验Ⅰ和Ⅱ可得出的结论为____________________。
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【题目】七铝十二钙(12CaO·7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料,用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下:
(1)煅粉主要含MgO和 ,用适量的NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶, 若溶液I中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1,则溶液pH大于 (Mg(OH)2的Ksp=5×10-12);该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3,原因是 。
(2)滤液I中的阴离子有 (忽略杂质成分的影响);若滤液I中仅通入CO2,会生成 ,从而导致CaCO3产率降低。
(3)用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜,反应的离子方程式为 。
(4)电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应方程式为 。
(5)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlCl4—和Al2Cl7—两种离子在Al电极上相互转化,其它离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为 。
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【题目】焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是常用的食品抗氧化剂之一。某研究小组进行如下实验:
实验一 焦亚硫酸钠的制取
采用如图装置(实验前已除尽装置内的空气)制取Na2S2O5。装置Ⅱ中有Na2S2O5晶体析出,发生的反应为Na2SO3+SO2= Na2S2O5。
(1)装置Ⅰ中产生气体的化学方程式为______________________________。
(2)要从装置Ⅱ中获得已析出的晶体,可采取的分离方法是________。
(3)装置Ⅲ用于处理尾气,可选用的最合理装置(夹持仪器已略去)为________(填序号)。
实验二 焦亚硫酸钠的性质
已知:Na2S2O5溶于水即生成NaHSO3。
(4)检测Na2S2O5晶体在空气中已被氧化的实验方案是 ____________________。
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【题目】石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯和综合应用工艺如下:
(注:SiCl4的沸点是57.6C,金属氯化物的沸点均高于150C)
(1)向反应器中通入Cl2前,需通一段时间的N2,主要目的是 。
(2)高温反应后,石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。气体I中的氯化物主要为 。由气体II中某物质得到水玻璃的化学方程式为 。
(3)步骤①为:搅拌、 。所得溶液IV中阴离子有 。
(4)由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式为 。100kg初级石墨最多可获得V的质量为 kg。
(5)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐,完成图防腐示意图,并作相应标注。
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【题目】室温下,一气态烃与过量氧气混合完全燃烧,恢复到室温,使燃烧产物通过浓硫酸,体积比反应前减少50mL,再通过NaOH溶液,体积又减少了40mL,原烃的分子式是( )
A.CH4 B.C4H10 C.C2H6 D.C3H8
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【题目】下列与金属腐蚀有关的说法,正确的是( )
A.图1中,铁钉易被腐蚀
B.图2中,滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液,没有蓝色沉淀出现
C.图3中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生化学腐蚀
D、图4中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的正极
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【题目】已知反应Cu(s)+2Ag+(aq)===Cu2+(aq)+2Ag(s)为自发进行的氧化还原反应,将其设计成如右图所示的原电池,下列说法中正确的是( )
A. 铜电极是正极,其电极反应为Cu-2e-===Cu2+
B. 当铜电极质量减少0.64 g时,电解质溶液中有0.02 mol电子通过
C. 装置盐桥中可装有含琼脂的KCl饱和溶液
D. 银电极上发生还原反应,电极质量增加
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【题目】污水处理的主要方法有:①中和法;②化学沉淀法;③氧化还原法;④过滤法。其中属于化学方法的有( )。
A. ①②③ B. ①②④
C. ②③④ D. ①②③④
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