Question

19．酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是碳粉，MnO₂，ZnCl₂和NH₄Cl等組成的糊狀填充物，該電池在放電過程產(chǎn)生MnOOH，回收處理該廢電池可得到多種化工原料，有關(guān)數(shù)據(jù)下表所示：
                           溶解度/（g/100g水）

溫度/℃ 化合物	0	20	40	60	80	100
NH4Cl	29.3	37.2	45.8	55.3	65.6	77.3
ZnCl2	343	395	452	488	541	614

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

回答下列問題：
（1）該電池的正極反應(yīng)式為MnO₂+e^-+H⁺═MnOOH，電池反應(yīng)的離子方程式為：Zn+2MnO₂+2H⁺═Zn²⁺+2MnOOH
（2）用廢電池的鋅皮制備ZnSO₄•7H₂O的過程中，需去除少量雜質(zhì)鐵，其方法是：加稀硫酸和H₂O₂溶解，鐵變?yōu)镕e³⁺，加堿調(diào)節(jié)至pH為2.7時，鐵剛好完全沉淀（離子濃度小于1×10^-5mol/L時，即可認(rèn)為該離子沉淀完全）；繼續(xù)加堿調(diào)節(jié)至pH為6時，鋅開始沉淀（假定Zn²⁺濃度為0.1mol/L）．若上述過程不加H₂O₂后果是Zn²⁺和Fe²⁺分離不開，原因是Fe（OH）₂和Zn（OH）₂的Ksp相近．

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）鐵加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，鐵剛好沉淀完全時離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1，結(jié)合Ksp=10^-39計算pH，并根據(jù)Ksp計算鋅開始沉淀的pH．

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）鐵加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，鐵剛好沉淀完全時離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1，因Ksp=10^-39，
則c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-39}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L≈0.5×10^-11mol/L，此時pH=2.7，如鋅開始沉淀，則c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-17}}{0.1}}$mol/L=10^-8mol/L，此時pH=6，由表中數(shù)據(jù)可知Zn（OH）₂、Fe（OH）₂的Ksp相近，如不加H₂O₂，則Zn²⁺和Fe²⁺分離不開，
故答案為：Fe³⁺；2.7；6；Zn²⁺和Fe²⁺分離不開；Fe（OH）₂和Zn（OH）₂的Ksp相近．

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)．