Question

【題目】我國(guó)是干電池的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了以下流程對(duì)堿性鋅錳干電池的廢舊資源進(jìn)行回收利用：

已知：①Ksp(MnS)=2.5×10－13，Ksp(ZnS)=1.6×10－24

②Mn(OH)2開(kāi)始沉淀時(shí)pH為8.3,完全沉淀的pH為9.8

⑴堿性鋅錳干電池是以鋅粉為負(fù)極，二氧化錳為正極，氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)。電池總反應(yīng)為2MnO2+ Zn+2KOH= 2MnOOH+K2ZnO2，請(qǐng)寫(xiě)出電池的正極反應(yīng)式_____________；

⑵為了提高碳包的浸出效率，可以采取的措施有________________________；(寫(xiě)一條即可)

⑶向?yàn)V液1中加入MnS的目的是__________________________________________；

⑷已知MnSO4的溶解度曲線如圖所示，從濾液2中析出MnSO4·H2O晶體的操作是蒸發(fā)結(jié)晶、____________________、洗滌、低溫干燥；

⑸為了選擇試劑X，在相同條件下，分別用3 g碳包進(jìn)行制備MnSO4的實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)如表1，請(qǐng)寫(xiě)出最佳試劑X與碳包中的主要成分發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_____________。

⑹工業(yè)上經(jīng)常采用向?yàn)V液2中加入NaHCO3溶液來(lái)制備MnCO3，不選擇Na2CO3溶液的原因是___________________________________；

⑺該科研小組利用EDTA(乙二胺四乙酸二鈉，陰離子簡(jiǎn)寫(xiě)為Y2－)進(jìn)行絡(luò)合滴定測(cè)定Mn2+在電池中的百分含量，化學(xué)方程式可以表示為Mn2++Y2－=MnY。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

準(zhǔn)確稱(chēng)量一節(jié)電池的質(zhì)量平均為24.00g，完全反應(yīng)后，得到200.00mL濾液2，量取10.00mL濾液2稀釋至100.00mL，取20.00mL溶液用0.0500molL－1EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，平均消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液22.00mL，則該方案測(cè)得Mn元素的百分含量為________。(保留3位有效數(shù)字)

Answer 1

【答案】 MnO2+H2O +e－= MnOOH+OH－ 適當(dāng)?shù)纳郎?或攪拌) 將溶液中的Zn2+轉(zhuǎn)化為ZnS沉淀而除去 趁熱過(guò)濾 H2O2+MnO2+H2SO4=MnSO4+2H2O+O2↑ 或

H2O2+ 2MnOOH+2H2SO4=2MnSO4+4H2O+O2↑ Na2CO3溶液的堿性強(qiáng)，容易產(chǎn)生Mn(OH)2的沉淀 25.2%

【解析】⑴鋅粉為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)時(shí)發(fā)生的電極反應(yīng)式為Zn+4OH--2e-= ZnO22-+2H2O，用電池總反應(yīng)2MnO2+ Zn+2KOH= 2MnOOH+K2ZnO2減去負(fù)極電極反應(yīng)，即得電池的正極反應(yīng)式為MnO2+H2O +e－= MnOOH+OH－；

⑵通過(guò)適當(dāng)?shù)纳郎亍⒐腆w粉碎或攪拌等措施可提高碳包的浸出效率；

⑶濾液1含有Zn2+，遇加入的MnS可以生成ZnS沉淀，再通過(guò)過(guò)濾即可除去；

⑷有MnSO4的溶解度曲線可知MnSO4·H2O在溫度超過(guò)40℃后溶解度隨溫度的升高而降低，則將濾液2溶液蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過(guò)濾、洗滌、并低溫干燥防分解即可得到MnSO4·H2O晶體；

⑸由表1可知選用30%的過(guò)氧化氫獲得的MnSO4質(zhì)量最高，則30%的過(guò)氧化氫為最佳試劑，與MnO2在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2O2+MnO2+H2SO4=MnSO4+2H2O+O2↑或

H2O2+ 2MnOOH+2H2SO4=2MnSO4+4H2O+O2↑；

⑹相同濃度的NaHCO3溶液和Na2CO3溶液，因CO32-的水解能力強(qiáng)于HCO3-，Na2CO3溶液的堿性強(qiáng)，更容易產(chǎn)生Mn(OH)2的沉淀；

⑺消耗EDTA的物質(zhì)的量為0.0500molL－1×0.022L=0.0011mol，則樣品中Mn2+的物質(zhì)的量為0.0011mol×=0.11mol，Mn元素的百分含量為×100%=25.2%。