Question

10．市售一次電池品種很多，堿性鋅錳電池在日常生活中用量很大．回收廢舊鋅錳電池并進行重新處理，可以獲得MnO₂及其他副產(chǎn)品，其工藝流程如下：

已知：“錳粉”的主要成分有MnO₂、Zn（OH）₂、MnOOH、碳粉，還含有少量鐵鹽和亞鐵鹽．常溫下，生成氫氧化物沉淀的pH如表：

物質(zhì)	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Zn（OH）2	Mn（OH）2/Mn（OH）3
開始沉淀pH	2.7	7.6	5.7	8.3
完全沉淀pH （c≤1.0×10-5mol/L）	3.7	9.6	8.0	8.8

（1）加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=8.0，目的是使Fe³⁺、Zn²⁺完全沉淀而除去；計算常溫下Zn（OH）₂的溶度積常數(shù)K_sp[Zn（OH）₂]=1.0×10^-17．
（2）濾液1中加入H₂O₂的作用是Fe²⁺全部氧化為Fe³⁺
（3）寫出濾液2中的Mn²⁺變成MnO₂的離子方程式Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O．
（4）寫出濾渣B與稀硫酸在pH=5時反應的化學方程式Zn（OH）₂+H₂SO₄=ZnSO₄+2H₂O．
（5）工藝中還可以將濾液4進行蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌得到含結晶水的硫酸鹽晶體．
（6）MnO₂常用來制取KMnO₄．在一定條件下將MnO₂氧化為K₂MnO₄，然后用鐵作陰極、鉑作陽極電解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄．電解K₂MnO₄溶液陽極電極反應式為2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-．

Answer 1

分析 “錳粉”的主要成分有MnO₂、Zn（OH）₂、MnOOH、碳粉，還含有少量鐵鹽和亞鐵鹽，向錳粉中加入濃鹽酸并加熱，發(fā)生反應為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O、Zn（OH）₂+2HCl=ZnCl₂+2H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，然后采用過濾方法得到濾渣A和濾液1，濾渣A中含有MnOOH、C，濾液1中含有氯化錳、氯化鋅、氯化亞鐵等，向濾液中加入少量雙氧水，發(fā)生反應為Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O、Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=Fe ³⁺+2H₂O，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH=8.0，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，F(xiàn)e³⁺、Zn²⁺完全沉淀而除去；然后過濾，向濾液2中加入足量NaOH和雙氧水，然后過濾得到固體MnO₂，
向濾渣B中加入稀硫酸并調(diào)節(jié)溶液的pH=5，得到的沉淀是Fe（OH）₃，Zn（OH）₂溶解，過濾得到的濾液4溶液主要成分是硫酸鋅，濾渣C是Fe（OH）₃，
（1）加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=8.0，目的是除去鋅、鐵離子；常溫下Zn（OH）₂的溶度積常數(shù)K_sp[Zn（OH）₂]=c（OH^-）²．c（Zn ²⁺）；
（2）濾液1中加入H₂O₂的作用是氧化亞鐵離子便于除去鐵離子；
（3）濾液2中的Mn²⁺被雙氧水氧化生成MnO₂時同時生成水；
（4）濾渣B中氫氧化鋅與稀硫酸在pH=5時反應生成硫酸鋅和水；
（5）從濾液中得到晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌的方法；
（6）電解K₂MnO₄溶液時，陽極上錳酸根離子失電子發(fā)生氧化反應、陰極上氫離子放電生成氫氣．

解答 解：“錳粉”的主要成分有MnO₂、Zn（OH）₂、MnOOH、碳粉，還含有少量鐵鹽和亞鐵鹽，向錳粉中加入濃鹽酸并加熱，發(fā)生反應為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O、Zn（OH）₂+2HCl=ZnCl₂+2H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，然后采用過濾方法得到濾渣A和濾液1，濾渣A中含有MnOOH、C，濾液1中含有氯化錳、氯化鋅、氯化亞鐵等，向濾液中加入少量雙氧水，發(fā)生反應為Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O、Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=Fe ³⁺+2H₂O，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH=8.0，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，F(xiàn)e³⁺、Zn²⁺完全沉淀而除去；然后過濾，向濾液2中加入足量NaOH和雙氧水，然后過濾得到固體MnO₂；
向濾渣B中加入稀硫酸并調(diào)節(jié)溶液的pH=5，得到的沉淀是Fe（OH）₃，Zn（OH）₂溶解，過濾得到的濾液4溶液主要成分是硫酸鋅，濾渣C是Fe（OH）₃，
（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=8.0，鐵離子和鋅離子都轉化為氫氧化物沉淀，所以目的是使Fe³⁺、Zn²⁺完全沉淀而除去；
常溫下c（OH^-）=10^-6 mol/L，c（Zn ²⁺）=10^-5 mol/L，所以Zn（OH）₂的溶度積常數(shù)K_sp[Zn（OH）₂]=c（OH^-）²．c（Zn ²⁺）=（10^-6）².10^-5=1.0×10^-17，
故答案為：使Fe³⁺、Zn²⁺完全沉淀而除去； 1.0×10^-17；
（2）濾液1中加入H₂O₂的作用是Fe²⁺全部氧化為Fe³⁺，故答案為：Fe²⁺全部氧化為Fe³⁺；
（3）濾液2中的Mn²⁺被雙氧水氧化生成MnO₂時同時生成水，離子反應方程式為Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O，故答案為：Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O；
（4）濾渣B中氫氧化鋅與稀硫酸在pH=5時反應生成硫酸鋅和水，反應方程式為Zn（OH）₂+H₂SO₄=ZnSO₄+2H₂O，故答案為：Zn（OH）₂+H₂SO₄=ZnSO₄+2H₂O；
（5）從濾液中得到晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌的方法，所以工藝中還可以將濾液4進行蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌得到含結晶水的硫酸鹽晶體，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結晶；過濾；
（6）電解K₂MnO₄溶液時，陽極上錳酸根離子失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為：2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-，陰極上氫離子放電生成氫氣，電池反應式為2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2KMnO₄+2KOH+H₂↑，
故答案為：2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-．

點評 本題考查混合物的分離和提純，為高頻考點，涉及電解原理、離子反應、氧化還原反應、溶度積常數(shù)有關計算等知識點，側重考查基本操作及基本原理，明確實驗原理是解本題關鍵，知道流程圖中發(fā)生的反應、基本操作，注意（1）中氫氧根離子濃度計算方法，題目難度不大．