Question

5．廢舊電池的回收利用，既能減少廢舊電池對環(huán)境的污染，又能實現(xiàn)廢舊電池的資源化利用．圖1是某科技小組，以廢舊鋅錳干電池為原料，回收及制備多種用途的碳酸錳和相關(guān)物質(zhì)的主要流程：

（1）灼燒黑色粉末變成黑褐色是因為有少量MnO₂發(fā)生了反應生成了少量的MnO，其可能的反應方程式為：2MnO₂+C=2MnO+CO₂↑或MnO₂+C=MnO+CO↑．
（2）還原過程是先加入稀硫酸再加入草酸，寫出反應化學方程式：MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄=MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O；在該過程中小組成員甲發(fā)現(xiàn)加入硫酸部分固體溶解剩余黑色固體，接著他沒有加入草酸而是加入一定量的雙氧水，發(fā)現(xiàn)固體也完全溶解了，成員乙在加硫酸后也沒有加草酸，他又加入了一定量氨水，無明顯變化，測得這時溶液的PH值為9，他接著又加入雙氧水，發(fā)現(xiàn)黑色固體不減反增，寫出導致固體增加的離子方程式：Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O；比較甲、乙兩位組員實驗你得出的結(jié)論是：酸性條件下氧化性MnO₂＞H₂O₂，堿性條件下氧化性MnO₂＜H₂O₂．
（3）操作1和操作2使用到相同的裝置，操作3的名稱是重結(jié)晶．
（4）硫酸錳轉(zhuǎn)化為碳酸錳的操作是，在60攝氏度下調(diào)節(jié)PH值后加入碳酸氫銨溶液，直到不再有氣泡產(chǎn)生后再加熱反應1小時，寫出反應的化學方程式：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．
（5）已知鋅錳干電池的總反應為Zn+2NH₄Cl+2MnO₂=Zn（NH₃）₂Cl+2MnOOH，寫出電池正極的電極MnO₂+NH₄⁺+eˉ=MnO（OH）+NH₃；電解MnSO₄溶液回收錳的陽極的電極反應式：2H₂O-4eˉ=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4eˉ=O₂↑+2H₂O）．

Answer 1

分析 （1）廢舊鋅錳干電池剝離出的黑色粉末中含有碳粉和二氧化錳，碳有還原性，在加熱時可將二氧化錳還原成氧化錳；
（2）還原過程中草酸將二氧化錳還原成硫酸錳；根據(jù)題中現(xiàn)象描述可知，在酸性條件下雙氧水能溶解二氧化錳，說明二氧化錳能氧化雙氧水，在堿性條件下，加入雙氧水，發(fā)現(xiàn)黑色固體不減反增，說明溶液中的錳離子變成了二氧化錳，即雙氧水將錳離子氧化成了二氧化錳，據(jù)此分析；
（3）操作1和操作2都是分離固體和液體，都使用過濾的裝置，操作3是分離氯化鋅和氯化銨，用重結(jié)晶的方法；
（4）硫酸錳中加入碳酸氫銨溶液生成碳酸錳，同時有氣泡產(chǎn)生應為二氧化碳，根據(jù)元素守恒可書寫化學方程式；
（5）在鋅錳干電池中，二氧化錳是氧化劑，在正極發(fā)生還原反應生成MnOOH，電解MnSO₄溶液時，陽極上是水電離出的氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上是錳離子得電子生成錳，據(jù)此答題．

解答 解：（1）廢舊鋅錳干電池剝離出的黑色粉末中含有碳粉和二氧化錳，碳有還原性，在加熱時可將二氧化錳還原成氧化錳，反應的化學方程式為2MnO₂+C=2MnO+CO₂↑或MnO₂+C=MnO+CO↑，
故答案為：2MnO₂+C=2MnO+CO₂↑或MnO₂+C=MnO+CO↑；
（2）還原過程中草酸將二氧化錳還原成硫酸錳，反應方程式為MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄=MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O，根據(jù)題中現(xiàn)象描述可知，在酸性條件下雙氧水能溶解二氧化錳，說明二氧化錳能氧化雙氧水，在堿性條件下，加入雙氧水，發(fā)現(xiàn)黑色固體不減反增，說明溶液中的錳離子變成了二氧化錳，即雙氧水將錳離子氧化成了二氧化錳，反應方程式為Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O，比較甲、乙兩位組員實驗可得出的結(jié)論是酸性條件下氧化性MnO₂＞H₂O₂，堿性條件下氧化性MnO₂＜H₂O₂，
故答案為：MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄=MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O；Mn²⁺+H₂O₂+2OH^-=MnO₂↓+2H₂O；酸性條件下氧化性MnO₂＞H₂O₂，堿性條件下氧化性MnO₂＜H₂O₂；
（3）操作1和操作2都是分離固體和液體，都使用過濾的裝置，操作3是分離氯化鋅和氯化銨，用重結(jié)晶的方法，
故答案為：重結(jié)晶；
（4）硫酸錳中加入碳酸氫銨溶液生成碳酸錳，同時有氣泡產(chǎn)生應為二氧化碳，反應的化學方程式為MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
故答案為：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（5）在鋅錳干電池中，二氧化錳是氧化劑，在正極發(fā)生還原反應生成MnOOH，電極反應式為MnO₂+NH₄⁺+eˉ=MnO（OH）+NH₃，電解MnSO₄溶液時，陽極上是水電離出的氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上是錳離子得電子生成錳，陽極的電極反應式為2H₂O-4eˉ=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4eˉ=O₂↑+2H₂O），
故答案為：MnO₂+NH₄⁺+eˉ=MnO（OH）+NH₃；2H₂O-4eˉ=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4eˉ=O₂↑+2H₂O）．

點評 本題考查了物質(zhì)制備方案設計，為高頻考點，側(cè)重于學生的分析、實驗能力的考查，題目涉及離子方程式的書寫、電極反應式的書寫、氧化還原反應等知識，題目難度中等，注意把握實驗的流程以及相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)．