Question

5．堿性鋅錳電池是一種高效的一次電池，外殼為金屬鋅，中間是石墨極，以MnO₂為正極反應(yīng)物KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，現(xiàn)由堿性鋅錳電池回收一些物質(zhì)．已知Zn²⁺和Mn²⁺沉淀的ph范圍如下表所示：

離子	開始沉淀	沉淀完全
Zn2+	5.7	6.2
Mn2+	8.2	9.7

請(qǐng)回答下列問題：
（1）該電池的正極反應(yīng)為MnO₂+e^-+H⁺═MnOOH，總反應(yīng)為Zn+2MnO₂+2H⁺═Zn²⁺+2MnOOH．
（2）該電池中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，消耗MnO₂的質(zhì)量為17.4g．
（3）將該電池的負(fù)極材料和MnO₂與足量的濃鹽酸共熱，其中MnO₂參與反應(yīng)的離子方程式為MnO₂+4H⁺（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；欲使Mn²⁺和Zn²⁺分離，需調(diào)整pH為6.2≤pH＜8.2，可以加入Mn（OH）₂調(diào)節(jié)pH．
（4）再繼續(xù)調(diào)大pH可得到Mn（OH）₂，該沉淀在空氣中可以迅速被氧化成MnO₂，寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式2Mn（OH）₂+O₂=2MnO₂+2H₂O．
（5）根據(jù)Mn²⁺沉淀完全的pH可以求得Mn（OH）₂的K_sp約為10^-24.4．

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）根據(jù)電極方程式中電子與二氧化錳的關(guān)系計(jì)算；
（3）二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水；根據(jù) Zn²⁺與 Mn²⁺形成沉淀的pH分析，加入的物質(zhì)能消耗氫離子而且不能引入新的雜質(zhì)；
（4）Mn（OH）₂與O₂反應(yīng)生成MnO₂；
（5）好沉淀完全時(shí)離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1，根據(jù)Ksp=c（Mn²⁺）×c²（OH^-）計(jì)算．

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+e^-+H⁺═MnOOH；Zn+2MnO₂+2H⁺═Zn²⁺+2MnOOH；
（2）正極的電極方程式為MnO₂+H⁺+e^-=MnOOH，則轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，消耗MnO₂的物質(zhì)的量為0.2mol，其質(zhì)量為02．mol×87g/mol=17.4g；
故答案為：17.4；
（3）二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，其反應(yīng)的離子方程式為：MnO₂+4H⁺（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O； 欲使Mn²⁺和Zn²⁺分離，需調(diào)整pH使Zn²⁺完全沉淀，而Mn²⁺不能形成沉淀，由表中數(shù)據(jù)可知，pH為：6.2≤pH＜8.2，在調(diào)節(jié)pH時(shí)，加入的物質(zhì)能消耗氫離子而且不能引入新的雜質(zhì)，所以加入Mn（OH）₂來(lái)調(diào)節(jié)pH；
故答案為：MnO₂+4H⁺（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；6.2≤pH＜8.2；Mn（OH）₂；
（4）Mn（OH）₂與O₂反應(yīng)生成MnO₂，其反應(yīng)的方程式為：2Mn（OH）₂+O₂=2MnO₂+2H₂O；
故答案為：2Mn（OH）₂+O₂=2MnO₂+2H₂O；
（5）好沉淀完全時(shí)離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1，Mn²⁺沉淀完全的pH=9.7，則Ksp=c（Mn²⁺）×c²（OH^-）=1×10^-5×（10^-9.7）²=10^-24.4；
故答案為：10^-24.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池知識(shí)、物質(zhì)的分離提純以及溶度積的有關(guān)計(jì)算，側(cè)重于原電池的工作原理以及實(shí)驗(yàn)基本操作和注意問題，題目難度中等，有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)．