Question

7．研究發(fā)現(xiàn)：一節(jié)電池爛在地里，能夠使一平方米的土地失去利用價值．廢舊電池的危害上要集中在其中所含的少量重金屬上．將廢舊鋅錳電池回收處理，既能減少它對環(huán)境的污染，又能實現(xiàn)廢電池的資源化利用．
（1）回收填料中的二氧化錳和氯化銨．已知：廢舊干電池填料的上要成分為二氧化錳、炭粉、氯化銨和氯化鋅等，其中氯化銨、氯化鋅可溶于水．回收物質(zhì)的流程如圖所示．

①操作中先將電池填料研碎的目的是：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率．
②操作l和操作2的名稱都是過濾，該操作中玻璃棒的作用是引流．
③灼燒濾渣l的目的是除去炭粉，使炭粉和氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成二氧化碳，從而和二氧化錳分離．
（2）回收二氯化錳：將廢舊鋅錳電池處理，得到含錳混合物，向該混合物加入濃鹽酸并加熱．
①寫出MnOOH與濃鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：2MnO（OH）+6HCl $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MnCl₂+Cl₂↑+4H₂O．
②錳回收新方法：向廢舊鋅錳電池內(nèi)的混合物[主要成分MnOOH、Zn（OH）2]中加入一定量的稀硫酸和稀草酸（H₂C₂O₄），并不斷攪拌至無CO₂產(chǎn)生為止，寫出MnOOH參與反應(yīng)的化學(xué)方程式2MnOOH+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O．與使用濃鹽酸回收錳相比，新方法的優(yōu)點是工藝流程簡單；生成CO₂和H₂O不影響MnSO₄純度；反應(yīng)過程無有毒有害物質(zhì)生成，不造成二次污染；廢物資源化等（答l點即可）．
（3）用廢電池的鋅皮可用于回收制作ZnSO₄•7H₂O．過程中，需除去鋅皮中的少量雜質(zhì)鐵，其方法是：常溫下，加入稀H₂SO₄和H₂O₂，鐵溶解變?yōu)镕e³⁺，加堿調(diào)節(jié)pH為4，使溶液中的Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，此時溶液中c（Fe³⁺）=2.6×10^-9 mol/L．繼續(xù)加堿調(diào)節(jié)pH為6時，鋅開始沉淀（假定Zn²⁺濃度為0.1mol/L）．部分難溶的電解質(zhì)溶度積常數(shù)（K_sp）如表：

化合物	Zn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
Ksp近似值	10-17	10-17	2.6×10-39

Answer 1

分析 廢舊干電池填料的上要成分為二氧化錳、炭粉、氯化銨和氯化鋅等，其中氯化銨、氯化鋅可溶于水，溶解過濾后得到濾渣1為二氧化錳、碳粉，濾液為氯化銨和氯化鋅，濾渣1洗滌烘干、灼燒除去碳得到二氧化錳，濾液1蒸發(fā)結(jié)晶過濾得到氯化銨晶體和濾液2，
（1）①以下化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析，增大接觸面積，加快反應(yīng)速率；
②過濾可以除去不溶于水的物質(zhì)；玻璃棒的用途有攪拌、引流、轉(zhuǎn)移物質(zhì)等；
③加熱條件下，炭粉能和空氣中的氧氣反應(yīng)生成二氧化碳；
（2）①MnO（OH）與濃鹽酸反應(yīng)，+4價的錳能把濃鹽酸氧化為氯氣；
②反應(yīng)為2MnOOH+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O，分析回收工藝的優(yōu)點從可操作性、產(chǎn)品的純度、對環(huán)境的影響等方面分析；
（3）根據(jù)Fe（OH）₃溶度積常數(shù)計算Fe³⁺離子濃度等于1×10^-5mol•L^-1時，溶液中OH^-濃度，再計算溶液的pH；同樣根據(jù)根據(jù)Zn（OH）₂溶度積常數(shù)計算Zn²⁺濃度為0.1mol•L^-1時，溶液中OH^-濃度，再計算溶液的pH；如果不將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，則可結(jié)合溶度積常數(shù)判斷當(dāng)Zn²⁺沉淀時，F(xiàn)e²⁺是否沉淀，對產(chǎn)物的純度有無影響；

解答 解：（1）①將電池填料研碎的目的是增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，
故答案為：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率；
②操作1和操作2的名稱都是過濾，該操作中玻璃棒的作用是引流．
故答案為：過濾；引流；
③灼燒濾渣l的目的是使炭粉和氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成二氧化碳，從而和二氧化錳分離．
故答案為：除去炭粉，使炭粉和氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成二氧化碳，從而和二氧化錳分離；
（2）①）+4價的錳能把濃鹽酸氧化為氯氣，即MnO（OH）與濃鹽酸反應(yīng)生成氯氣和氯化錳、水，其反應(yīng)方程式為：2MnO（OH）+6HCl $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MnCl₂+Cl₂↑+4H₂O，
故答案為：2MnO（OH）+6HCl $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MnCl₂+Cl₂↑+4H₂O；
②向廢舊鋅錳電池內(nèi)的混合物[主要成分MnOOH、Zn（OH）2]中加入一定量的稀硫酸和稀草酸（H₂C₂O₄），并不斷攪拌至無CO₂產(chǎn)生為止，寫出MnOOH參與反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2MnOOH+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O，
從可操作性、產(chǎn)品的純度、對環(huán)境的影響等方面分析回收工藝的優(yōu)點可知，工藝流程簡單；生成CO₂和H₂O不影響MnSO₄純度；反應(yīng)過程無有毒有害物質(zhì)生
成，不造成二次污染；廢物資源化等，
故答案為：2MnOOH+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O；工藝流程簡單；生成CO₂和H₂O不影響MnSO₄純度；反應(yīng)過程無有毒有害物質(zhì)生成，不造成二次污染；廢物資源化等；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知Zn（OH）₂、Fe（OH）₂的K_sp相近，如不加H₂O₂，則Zn²⁺和Fe²⁺分離不開，加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，加堿調(diào)節(jié)pH為4，溶液中c（OH^-）=10^-10mol/L，使溶液中的Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，因K_sp=10^-39，此時溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.6×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-10}）^{3}}$=2.6×10^-9mol/L，
如鋅開始沉淀，則c（OH^-）=mol/L=10^-8mol/L，此時pH=6，
故答案為：2.6×10^-9mol/L；6．

點評 本題考查了工業(yè)上回收金屬錳的操作流程，主要是物質(zhì)分離方法和物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，氧化還原反應(yīng)的分析判斷和計算應(yīng)用，題目難度中等，注意對過程的分析．