Question

8．酸性鋅錳干電池和堿性鋅錳干電池的構(gòu)造簡圖如下所示，比較二者的異同，回答問題

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

（1）酸性鋅錳干電池的負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e^-=Zn²⁺
（2）堿性鋅錳干電池在放電過程產(chǎn)生MnOOH，寫出正極反應(yīng)式MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-．
（3）維持電流強(qiáng)度為0.6A，電池工作10分鐘，理論消耗Zn0.12g．（結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位，F(xiàn)=96500C/mol）
（4）用回收分離出的鋅皮制作七水合硫酸鋅，需去除少量雜質(zhì)鐵，除雜步驟如下：
①加入足量稀硫酸和雙氧水溶液將鋅皮溶解，此時(shí)鋅離子濃度為0.1mol/L
②調(diào)節(jié)溶液的pH為2.7到6之間（結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后一位），過濾除去含鐵元素的沉淀．

Answer 1

分析 （1）酸性鋅錳干電池的負(fù)極為鋅；
（2）正極上二氧化錳得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成MnOOH；
（3）持電流強(qiáng)度為0.6A，電池工作10分鐘，則電量為0.6A×600s=360C，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為$\frac{360C}{96500C/mol}$=0.00373mol，以此計(jì)算消耗鋅的質(zhì)量、物質(zhì)的量；
（4）①根據(jù)表格中的信息可知，F(xiàn)e（OH）₃沉淀的生成更容易，而Zn（OH）₂和Fe（OH）₂的沉淀同時(shí)發(fā)生．故要想除去鋅中的鐵雜質(zhì)，應(yīng)將鐵轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，而鐵和稀硫酸只能反應(yīng)為Fe²⁺，故應(yīng)加入氧化劑，據(jù)此分析；
②根據(jù)Ksp計(jì)算Zn²⁺開始沉淀的pH和Fe³⁺沉淀完全的pH，然后根據(jù)調(diào)節(jié)pH的目的是使Fe³⁺沉淀完全而Zn²⁺不沉淀來分析．

解答 解：（1）酸性鋅錳干電池的負(fù)極為鋅，負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e^-=Zn²⁺，故答案為：Zn-2e^-=Zn²⁺；
（2）在堿性鋅錳原電池中，Zn易失電子作負(fù)極、二氧化錳作正極，正極上二氧化錳得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-．故答案為：MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-；
（3）持電流強(qiáng)度為0.6A，電池工作10分鐘，則電量為0.6A×600s=360C，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為$\frac{360C}{96500C/mol}$=0.00373mol，則消耗Zn的質(zhì)量為0.00373mol×$\frac{1}{2}$×65g/mol=0.12g，
故答案為：0.12；
（4）①根據(jù)表格中的信息可知，F(xiàn)e（OH）₃沉淀的生成更容易，而Zn（OH）₂和Fe（OH）₂的沉淀同時(shí)發(fā)生．故要想除去鋅中的鐵雜質(zhì)，應(yīng)將鐵轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，而鐵和稀硫酸只能反應(yīng)為Fe²⁺，故應(yīng)加入氧化劑，故可以加入綠色的氧化劑雙氧水，故答案為：雙氧水；
②由于調(diào)節(jié)pH的目的是使Fe³⁺沉淀完全而Zn²⁺不沉淀．而
設(shè)Zn²⁺開始沉淀時(shí)所需的氫氧根的濃度為c（OH^-），則有：0.1mol/L×c²（OH^-）=10^-17，解得c（OH^-）=10^-8mol/L，則c（H⁺）=10^-6mol/L，pH=6．
設(shè)Fe³⁺沉淀完全時(shí)所需的氫氧根的濃度為c（OH^-），由于當(dāng)一種離子沉淀完全時(shí)即濃度小于等于10^-5mol/L時(shí)，則有：10^-5mol/L×c³（OH^-）=10^-39，解得c（OH^-）=$\root{3}{1{0}^{-34}}$mol/L≈0.5×10^-11mol/L，此時(shí)pH=2.7．
故應(yīng)調(diào)節(jié)pH在2.7到6之間．故答案為：2.7；6．

點(diǎn)評 本題考查原電池知識以及物質(zhì)的分離、提純，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)．