【題目】酸性鋅錳干電池是一種一次性電池,外殼為金屬鋅,中間是碳棒,其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產(chǎn)生MnOOH;厥仗幚碓搹U電池可得到多種化工原料。有關數(shù)據(jù)如下表所示:

溶解度/(g/100 g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)該電池的正極反應式為________________________________________,

電池反應的離子方式為________________________________________。

(2)維持電流強度為0.5 A,電池工作5分鐘,理論上消耗鋅________g。(已知F=96 500 C·mol-1)

(3)廢電池糊狀填充物加水處理后,過濾,濾液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通過________分離回收;濾渣的主要成分是MnO2、________和________,欲從中得到較純的MnO2,最簡便的方法為________,其原理是_______________________________________________________。

【答案】(1)MnO2+H+e===MnOOH 2MnO2+Zn+2H===2MnOOH+Zn2+

[注:式中Zn2+可寫為Zn(NH3)42+,Zn(NH3)2Cl2等,H可寫為]

(2)0.05

(3)加熱濃縮、冷卻結晶 碳粉 MnOOH 在空氣中加熱 碳粉轉變?yōu)镃O2,MnOOH氧化為MnO2

【解析】(1)酸性鋅錳干電池中正極上發(fā)生還原反應,該電池放電過程中產(chǎn)生MnOOH,則正極反應式為MnO2+H+e===MnOOH。金屬鋅做負極,發(fā)生氧化反應生成Zn2+,則負極反應式為Zn-2e===Zn2+,結合得失電子守恒可得電池反應式為2MnO2+2H+Zn===2MnOOH+Zn2+。

(2)電流強度為I=0.5 A,時間為t=5 min=300 s,則通過電極的電量為Q=It=0.5 A×300 s=150 C,又知F=96 500 C·mol-1,故通過電子的物質的量為≈0.001 6 mol,則理論上消耗Zn的質量為 65 g·mol-1×0.001 6 mol×1/2≈0.05 g。

(3)由NH4Cl、ZnCl2的溶解度與溫度的關系可知,相同溫度下,ZnCl2的溶解度遠遠大于NH4Cl,因此從濾液中分離NH4Cl和ZnCl2,可采用加熱濃縮、冷卻結晶的方法。廢電池的糊狀填充物由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成,加水處理后,過濾,濾渣中含有碳粉、MnO2及MnOOH等,欲從中得到較純的MnO2,可采用在空氣中加強熱的方法,碳粉與O2反應生成CO2,MnOOH氧化為MnO2。

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(1)Fe3O4外鐵的兩種常見氧化物中在空氣中性質比較穩(wěn)定的是_______(填化學式),該物質的用途是___________(任寫一種)。

(2)實驗室保存溶液B 時為了防止出現(xiàn)渾濁通常采用的措施是___________ 。

(3)證明沉淀已經(jīng)洗滌干凈的操作是___________ 。

(4)寫出該方法中發(fā)生的主要反應的離子方程式___________ 。

(5)實際生產(chǎn)中為提高產(chǎn)率,起始所用FeSO4·7H2O FeCl3·6H2O 的物質的量之比大于1:2,原因是___________。

II.制備納米四氧化三鐵的另一種流程如下圖所示。

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