Question

碱性锌锰电池是日常生活中消耗量最大的电池， 其构造如图所示。放电时总反应为：Zn + 2H₂O + 2MnO₂==Zn(OH)₂ + 2MnOOH 从废旧碱性锌锰电池中回收Zn和MnO₂的工艺如下：

回答下列问题：

(1)“还原焙烧”过程中，高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质（其中MnOOH、MnO₂被还原成MnO),碳作为还原剂生成CO₂，则CO₂的电子式为___________。

(2)“净化”是为了除去浸出液中的Fe²⁺，方法是：加入______(填化学式)溶液将Fe²⁺氧化为Fe³⁺,再调节pH使Fe³⁺完全沉淀。己知浸出液中Mn²⁺、Zn²⁺的浓度约为0.1mol·L^-1，根据下列数据计算，调节pH的合理范围是____至_______。

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

(离子浓度小于1×10^-5 mol·L^-1即为沉淀完全)

(3)“电解”时，阳极的电极反应式为______________。

本工艺中应循环利用的物质是____________(填化学式)。

(4)若将“粉料”直接与盐酸共热反应后过滤，滤液的主要成分是ZnCl₂和MnCl₂。“粉料”中的MnOOH与盐酸反应的化学方程式为___________________。

(5)某碱性锌锰电池维持电流强度0.5A (相当于毎秒通过5×10^-6mol电子)，连续工作80分钟即接近失效。如果制造一节电池所需的锌粉为6 g，则电池失效时仍有________%的金属锌未参加反应。

Answer

H2O2 (或KMnO4) 3 6 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ H2SO4 2MnOOH+6HClCl2↑+2MnCl2↑+4H2O 87

【解析】(1)CO2是共价化合物，其CO2的电子式为；

(2) “净化”是为了除去浸出液中的Fe2+，利用H2O2溶液具有氧化性将Fe2+氧化为Fe3+，再由Mn（OH）2、Zn（OH）2的KSP近似值可求得Mn2+，Zn2+开始沉淀时的氢氧根浓度分别为=10-6， =10-8，即Mn2+，Zn2+开始沉淀时的pH分别为8和6，而Fe（OH）3沉淀完全时的氢氧根浓度为=10-11，即Fe（OH）3沉淀完全时的pH为3，所以调节pH的合理范围是 3-6，使Fe3+完全沉淀，Mn2+，Zn2+不沉淀；

(3)电解阳极Mn2+失电子发生氧化反应生成MnO2，阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，阴极Zn2+得电子发生还原反应生成Zn，废电解液为硫酸，则本工艺中应循环利用的物质是H2SO4 ；

（4）“粉料”中的MnOOH具有氧化性，与盐酸发生氧化还原反应，则反应的化学方程式为2MnOOH+6HCl2MnCl2+4H2O+Cl2↑；
（5）80分钟转移电子的物质的量为5×10-6 mol×80×60=0.024mol，则消耗的Zn的质量为×65g/mol=0.78g，所以如果制造一节电池所需的锌粉为6g，则电池失效时仍有×100%=87%的金属锌未参加反应。

点睛：知道流程图中各个步骤发生的反应、基本操作是解题关键，废旧碱性锌锰电池粉料中含有碳具有还原性，“还原焙烧”过程中，碳将高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质（其中MnOOH、MnO2被还原成MnO），后用硫酸溶解铁、锌和MnO得到MnSO4溶液和少量Fe2+、Zn2+，净化过程中加入H2O2溶液将少量Fe2+氧化为Fe3+，再调节pH使Fe3+完全沉淀，最终得到MnSO4溶液和Zn2+，电解阳极Mn2+失电子发生氧化反应生成MnO2，阴极Zn2+得电子发生还原反应生成Zn，废电解液为硫酸，据此分析解答；