Question

20．酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是碳粉，MnO₂，ZnCl₂和NH₄Cl等組成的糊狀填充物，該電池在放電過程產(chǎn)生MnOOH，回收處理該廢電池可得到多種化工原料，有關(guān)數(shù)據(jù)下表所示：溶解度/（g/100g水）

溫度/℃ 化合物	0	20	40	60	80	100
NH4Cl	29.3	37.2	45.8	45.8	65.6	77.3
ZnCl2	343	395	452	452	488	614

回答下列問題：
（1）該電池的正極反應(yīng)式為MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH，電池反應(yīng)的離子方程式為2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺．
（2）維持電流強(qiáng)度為0.5A，電池工作五分鐘，理論上消耗Zn0.05g．（已經(jīng)F=96500C/mol）
（3）廢電池糊狀填充物加水處理后，過濾，濾液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，二者可通過加熱濃縮、冷卻結(jié)晶分離回收；濾渣的主要成分是MnO₂、MnOOH和碳粉，欲從中得到較純的MnO₂，最簡便的方法是在空氣中加熱，其原理是碳粉轉(zhuǎn)變?yōu)槎�氧化碳，MnOOH氧化為二氧化錳．
（4）已知25℃時(shí)：SO₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+$\frac{1}{x}$S_x（s）△H=akJ/mol
2COS（g）+SO₂（g）=2CO₂（g）+$\frac{3}{x}$S_x（s）△H=b  kJ/mol．
則CO與S_x生成COS反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是xCO（g）+S_x（s）=xCOS（g）△H=-0.5x（b-a）kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）該電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，MnO₂被還原生成MnOOH；負(fù)極鋅被氧化生成Zn²⁺，以此書寫電池總反應(yīng)式；
（2）持電流強(qiáng)度為0.5A，電池工作五分鐘，則電量為0.5A×300s=150C，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為$\frac{150C}{96500C/mol}$，以此計(jì)算消耗鋅的質(zhì)量、物質(zhì)的量；
（3）填充物含有碳粉、二氧化錳，且生成MnOOH等，在空氣中加熱時(shí)，碳粉、MnOOH可被氧化；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；

解答 解：（1）該電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，MnO₂被還原生成MnOOH，電極方程式為MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH，負(fù)極鋅被氧化生成Zn²⁺，電池總反應(yīng)式為2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺，
故答案為：MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH；2MnO₂+Zn+2H⁺=2MnOOH+Zn²⁺；
（2）持電流強(qiáng)度為0.5A，電池工作五分鐘，則電量為0.5A×300s=150C，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為$\frac{150C}{96500C/mol}$，則消耗Zn的質(zhì)量為$\frac{150C}{96500C/mol}$×$\frac{1}{2}$×65g/mol=0.05g，
故答案為：0.05；
（3）濾液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，可通過加熱濃縮、冷卻結(jié)晶得到晶體，填充物含有碳粉、二氧化錳，且生成MnOOH等，在空氣中加熱時(shí)，碳粉、MnOOH可被氧化，分別生成二氧化碳和二氧化錳，故答案為：加熱濃縮；冷卻結(jié)晶；碳粉；MnOOH；空氣中加熱；碳粉轉(zhuǎn)變?yōu)槎�氧化碳，MnOOH氧化為二氧化錳；
（4）①SO₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+$\frac{1}{x}$S_x（s）△H=akJ/mol；
②2COS（g）+SO₂（g）=2CO₂（g）+$\frac{3}{x}$S_x（s）△H=b  kJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律（-②+①×2）÷2得到：xCO（g）+S_x（s）=xCOS（g）△H=-0.5x（b-a）kJ/mol，
故答案為：xCO（g）+S_x（s）=xCOS（g）△H=-0.5x（b-a）kJ/mol．

點(diǎn)評 本題考查原電池知識(shí)以及物質(zhì)的分離、提純，側(cè)重于原電池的工作原理、實(shí)驗(yàn)基本操作和注意問題以及蓋斯定律的應(yīng)用，題目難度中等，有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)．