Question

【題目】堿性鋅錳電池是日常生活中消耗量最大的電池，其構造如圖所示。放電時總反應為：Zn+2H2O+2MnO2=Zn(OH)2+2MnOOH。

從廢舊堿性鋅錳電池中回收Zn和MnO2的工藝如圖所示：

回答下列問題：

(1)MnOOH中，Mn元素的化合價為_________。

(2)“還原焙燒”過程中，高價金屬化合物被還原為低價氧化物或金屬單質(其中MnOOH、MnO2被還原成MnO)，主要原因是“粉料”中含有_________。

(3)“凈化”是為了除去浸出液中的Fe2＋，方法是：加入______(填化學式)溶液將Fe2＋氧化為Fe3＋，再調節(jié)pH使Fe3＋沉淀完全。常溫下，已知浸出液中Mn2＋、Zn2＋的濃度約為0.1 mol/L，根據(jù)下列數(shù)據(jù)計算，調節(jié)pH的合理范圍是______至__________。(離子濃度小于1×10－5 mol/L即為沉淀完全)

化合物	Mn(OH)2	Zn(OH)2	Fe(OH)3
Ksp近似值	10－13	10－17	10－38

(4)“電解”時，陽極的電極反應式為_________。本工藝中應循環(huán)利用的物質是_______(填化學式)。

(5)若將“粉料”直接與鹽酸共熱反應后過濾，濾液的主要成分是ZnCl2和MnCl2，且生成一種黃綠色氣體，“粉料”中的MnOOH與鹽酸反應的化學方程式為__________。

Answer 1

【答案】＋3 C H2O2(或KMnO4) 3 6 Mn2＋-2e－+2H2O=MnO2＋4H＋ H2SO4 2MnOOH+6HClCl2↑+2MnCl2+4H2O

【解析】

(1)根據(jù)化合價代數(shù)和為0計算；

(2-4)廢舊堿性鋅錳電池粉料中含有碳具有還原性，“還原焙燒”過程中，碳將高價金屬化合物被還原為低價氧化物或金屬單質(其中MnOOH、MnO2被還原成MnO)，后用硫酸溶解鐵、鋅和MnO得到MnSO4溶液和少量Fe2+、Zn2+，凈化過程中加入H2O2溶液將少量Fe2+氧化為Fe3+，再調節(jié)pH使Fe3+完全沉淀，最終得到MnSO4溶液和Zn2+，電解陽極Mn2+失電子發(fā)生氧化反應生成MnO2，陰極Zn2+得電子發(fā)生還原反應生成Zn，廢電解液為硫酸，據(jù)此分析解答；

(5)根據(jù)MnOOH具有氧化性，與鹽酸發(fā)生氧化還原反應書寫化學方程式。

(1)根據(jù)化合價代數(shù)和為0，在MnOOH中，O為-2價，H為+1價，所以Mn元素的化合價為+3價；

(2)廢舊堿性鋅錳電池粉料中含有碳具有還原性，“還原焙燒”過程中，單質碳將高價金屬化合物被還原為低價氧化物或金屬單質（其中MnOOH、MnO2被還原成MnO）；

(3)“凈化”是為了除去浸出液中的Fe2+，利用H2O2溶液具有氧化性將Fe2+氧化為Fe3+，再由Mn(OH)2、Zn(OH)2的Ksp近似值可求得Mn2+，Zn2+開始沉淀時的氫氧根濃度分別為

=10-6，=10-8，即Mn2+，Zn2+開始沉淀時的pH分別為8和6，而Fe(OH)3沉淀完全時的氫氧根濃度為=10-11，Fe(OH)3沉淀完全時的pH為3，所以調節(jié)pH的合理范圍是 3—6，使Fe3+完全沉淀，Mn2+，Zn2+不沉淀；

(4)電解時，陽極上Mn2+失電子發(fā)生氧化反應，與溶液中的水發(fā)生反應生成MnO2和水，則陽極的電極反應式為Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；在陰極上溶液中的Zn2+得電子發(fā)生還原反應生成單質Zn，廢電解液為硫酸，因此本工藝中應循環(huán)利用的物質是H2SO4；

(5)“粉料”中的MnOOH具有氧化性，與鹽酸發(fā)生氧化還原反應，產生MnCl2、Cl2、H2O，根據(jù)電子守恒、原子守恒，可得該反應的化學方程式為2MnOOH+6HCl2MnCl2+Cl2↑+4H2O。