Question

18．我國(guó)是干電池的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)．某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了以下流程對(duì)堿性鋅錳干電池的廢舊資源進(jìn)行回收利用：

已知：①K_sp（MnS）=2.5×10^-13，K_sp（ZnS）=1.6×10^-24
②Mn（OH）₂開始沉淀時(shí)pH為8.3，完全沉淀的pH為9.8
（1）堿性鋅錳干電池是以鋅粉為負(fù)極，二氧化錳為正極，氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)．電池總反應(yīng)為
2MnO₂+Zn+2KOH=2MnOOH+K₂ZnO₂，請(qǐng)寫出電池的正極反應(yīng)式MnO₂+H₂O+e^-=MnOOH+OH^-；
（2）為了提高碳包的浸出效率，可以采取的措施有適當(dāng)?shù)纳郎鼗驍嚢瑁唬▽懸粭l即可）
（3）向?yàn)V液1中加入MnS的目的是將溶液中的Zn²⁺離子轉(zhuǎn)化為ZnS沉淀而除去；
（4）已知MnSO₄的溶解度曲線如圖1所示，從濾液2中析出MnSO₄•H₂O晶體的操作是蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過(guò)濾、洗滌、低溫干燥；

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	試劑X	MnSO4/g
1	鋅粉	2.4
2	鐵粉	2.7
3	FeS粉末	3.0
4	30%過(guò)氧化氫	3.7

（5）為了選擇試劑X，在相同條件下，分別用3g碳包進(jìn)行制備MnSO₄的實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)如表，請(qǐng)寫出最佳試劑X與碳包中的主要成分發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式H₂O₂+MnO₂+H₂SO₄=MnSO₄+2H₂O+O₂↑．
（6）工業(yè)上經(jīng)常采用向?yàn)V液2中加入NaHCO₃溶液來(lái)制備MnCO₃，不選擇Na₂CO₃溶液的原因是碳酸鈉溶液堿性強(qiáng)，容易產(chǎn)生Mn（OH）₂沉淀；
（7）該科研小組利用EDTA（乙二胺四乙酸二鈉，陰離子簡(jiǎn)寫為Y^2-）進(jìn)行絡(luò)合滴定測(cè)定Mn²⁺在電池中的百分含量，化學(xué)方程式可以表示為Mn²⁺+Y^2-=MnY．實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：準(zhǔn)確稱量一節(jié)電池的質(zhì)量平均為24.00g，完全反應(yīng)后，得到200.00mL濾液2，量取10.00mL濾液2稀釋至100.00mL，取20.00mL溶液用0.0500mol•L^-1EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，平均消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液22.00mL，則該方案測(cè)得Mn元素的百分含量為25.2%．（保留3位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 鋅錳干電池水浸拆分處理得當(dāng)金屬為鋅，電解質(zhì)浸泡過(guò)濾分離得到鋅粉和鋅酸鉀，碳包加入硫酸和過(guò)氧化氫，分離得到石墨和濾液1，加入MnS分離鋅離子生成硫化鋅，過(guò)濾得到濾液2為硫酸錳，硫化鋅轉(zhuǎn)化為鋅酸鉀，
（1）電池總反應(yīng)為2MnO₂+Zn+2KOH=2MnOOH+K₂ZnO₂，正極是得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，是二氧化錳生成MnOOH的過(guò)程，結(jié)合電解質(zhì)為堿溶液和電荷守恒、原子守恒配平寫出；
（2）為了提高碳包的浸出效率，可以適當(dāng)提高溫度、固體粉碎、攪拌等措施加快溶解；
（3）濾液1中含鋅離子，加入MnS實(shí)現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化生成硫化鋅沉淀；
（4）由MnSO₄的溶解度曲線可知，MnSO₄•H₂O在溫度超過(guò)40°C后溶解度隨溫度的升高而降低，則將濾液2溶液蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過(guò)濾、洗滌、并低溫干燥得到MnSO₄•H₂O晶體；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知選取30%的過(guò)氧化氫獲得的MnSO₄質(zhì)量最高，則30%的過(guò)氧化物為最佳試劑，與二氧化錳在酸性條件下發(fā)生生成硫酸錳、氧氣和水，寫出化學(xué)反應(yīng)方程式；
（6）相同濃度的碳酸氫鈉溶液和碳酸鈉溶液相比，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，碳酸鈉溶液堿性強(qiáng)更容易生成氫氧化錳沉淀；
（7）消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)的量=0.0500mol/L×0.0220L=0.0011mol，則樣品中Mn²⁺的物質(zhì)的量為0.0011mol×$\frac{100}{20}×\frac{200}{10}$=0.11mol，元素守恒計(jì)算得到Mn元素的百分含量．

解答 解（1）電池總反應(yīng)為2MnO₂+Zn+2KOH=2MnOOH+K₂ZnO₂，鋅為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極為二氧化錳生成MnOOH的過(guò)程，結(jié)合電解質(zhì)為堿溶液和電荷守恒、原子守恒配平寫出MnO₂+H₂O+e^-=MnOOH+OH^-，
故答案為：MnO₂+H₂O+e^-=MnOOH+OH^-；
（2）為了提高碳包的浸出效率，可以適當(dāng)提高溫度、固體粉碎、攪拌等措施加快溶解，可以采取的措施有，適當(dāng)?shù)纳郎鼗驍嚢璧龋?br />故答案為：適當(dāng)?shù)纳郎鼗驍嚢瑁?br />（3）濾液1中含鋅離子，加入MnS實(shí)現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化生成硫化鋅沉淀，向?yàn)V液1中加入MnS的目的是；將溶液中的Zn²⁺離子轉(zhuǎn)化為ZnS沉淀而除去，
故答案為：將溶液中的Zn²⁺離子轉(zhuǎn)化為ZnS沉淀而除去；
（4）由MnSO₄的溶解度曲線可知，MnSO₄•H₂O在溫度超過(guò)40°C后溶解度隨溫度的升高而降低，所以從濾液2中析出MnSO₄•H₂O晶體的操作是蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過(guò)濾減少損失、洗滌、并低溫干燥防止分解，得到MnSO₄•H₂O晶體，
故答案為：趁熱過(guò)濾；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知選取30%的過(guò)氧化氫獲得的MnSO4質(zhì)量最高，則30%的過(guò)氧化物為最佳試劑，與二氧化錳在酸性條件下發(fā)生生成硫酸錳、氧氣和水，寫出化學(xué)反應(yīng)方程式為：H₂O₂+MnO₂+H₂SO₄=MnSO₄+2H₂O+O₂↑，
故答案為：H₂O₂+MnO₂+H₂SO₄=MnSO₄+2H₂O+O₂↑；
（6）相同濃度的碳酸氫鈉溶液和碳酸鈉溶液相比，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，工業(yè)上經(jīng)常采用向?yàn)V液2中加入NaHCO₃溶液來(lái)制備MnCO₃，不選擇Na₂CO₃溶液的原因是：碳酸鈉溶液堿性強(qiáng)，容易產(chǎn)生Mn（OH）₂沉淀，
故答案為：碳酸鈉溶液堿性強(qiáng)，容易產(chǎn)生Mn（OH）₂沉淀；
（7）消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)的量=0.0500mol/L×0.0220L=0.0011mol，Mn²⁺+Y^2-=MnY，則樣品中Mn²⁺的物質(zhì)的量為0.0011mol×$\frac{100}{20}×\frac{200}{10}$=0.11mol，
元素守恒得到Mn元素的百分含量=$\frac{0.11mol×55g/mol}{24.00g}$×100%=25.2%，
故答案為：25.2%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)提純分離過(guò)程、溶解度變化分析、原電池電極反應(yīng)書寫、氧化還原反應(yīng)和鹽類水解應(yīng)用，注意題干信息的分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．