Question

【題目】市售一次性電池品種很多的，堿性鋅錳電池的日常生活中用量很大。回收廢舊鋅錳電池并進(jìn)行重新處理，可以獲得MnO2及其他副產(chǎn)品，其工藝流程如下：

已知：“錳粉”的主要成分有MnO2、Zn(OH)2、MnOOH、碳粉，還含量有少量鐵鹽和亞鐵鹽。常溫下，生成氫氧化物沉淀的pH如下表。

物質(zhì)	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Zn(OH)2	Mn(OH)2/Mn(OH)3
開始沉淀pH	2.7	7.6	5.7	8.3
完全沉淀pH （c≤1.0x10-5mol/L）	3.7	9.6	8.0	8.8

(1)加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=8.0，目的是___。計(jì)算常溫下Zn(OH)2的溶度積常數(shù)Ksp[Zn(OH)2]=___。

(2)寫出濾液2中的Mn2＋變成MnO2的離子方程式___。

(3)寫出濾渣B與稀硫酸在pH=5時(shí)的化學(xué)方程式___。

(4)工藝中還可以將濾液4進(jìn)行___、___、___、___、洗滌得到含結(jié)晶水的硫酸鹽晶體。

(5)MnO2常用來(lái)制取KMnO4，在一定條件下將MnO2氧化為K2MnO4，然后用鐵作陰極、鉑作陽(yáng)極電解K2MnO4溶液得到KMnO4。電解K2MnO4溶液的總反應(yīng)方程式___。

Answer 1

【答案】使Fe3＋、Zn2＋完全沉淀而除去 1.0×10-17 Mn2++H2O2+2OH-=MnO2↓+2H2O Zn(OH)2+H2SO4=ZnSO4+2H2O 蒸發(fā)濃縮 冷卻 結(jié)晶 過(guò)濾 2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2KOH+H2↑

【解析】

廢舊鋅錳電池進(jìn)行機(jī)械分離得到金屬和錳粉；“錳粉”的主要成分有MnO2、Zn(OH)2、MnOOH、碳粉，還含量有少量鐵鹽和亞鐵鹽，錳粉與濃鹽酸、加熱，其中MnO2、MnOOH、Zn（OH）2反應(yīng)得到MnCl2、ZnCl2，濾渣A中主要含碳粉，濾液1中含MnCl2、ZnCl2、鐵鹽和亞鐵鹽，向?yàn)V液1中加入少量雙氧水，發(fā)生2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH=8.0，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，Fe3+、Zn2+完全沉淀而除去；過(guò)濾后向?yàn)V渣B中加入稀硫酸并調(diào)節(jié)溶液的pH=5，過(guò)濾得到的濾渣C是Fe(OH)3，濾液4的主要成分是硫酸鋅；向?yàn)V液2中加入足量NaOH和雙氧水發(fā)生Mn2++H2O2+2OH-=MnO2↓+2H2O，過(guò)濾烘干得到固體MnO2。

(1)根據(jù)表中各離子開始沉淀和完全沉淀的pH，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=8.0，目的是使Fe3＋、Zn2＋完全沉淀而除去；常溫下，Ksp[Zn(OH)2]=c2 (OH-)×c(Zn2+)，Kw=c(OH-)×c(H+) ，Zn2+完全沉淀的pH=8.0，c(OH-)==10-6mol/L，Ksp[Zn(OH)2]= (10-6) 2×10-5=10-17；

(2)濾液2中的Mn2+被雙氧水氧化生成MnO2的同時(shí)生成水，反應(yīng)的離子方程式為Mn2++H2O2+2OH-=MnO2↓+2H2O；

(3)根據(jù)Fe3+、Zn2+開始沉淀和完全沉淀的pH，濾渣B中氫氧化鋅與稀硫酸在pH=5時(shí)反應(yīng)生成硫酸鋅和水，化學(xué)方程式為Zn(OH)2+ H2SO4= ZnSO4+ 2H2O；

(4)濾液4為硫酸鋅，從硫酸鋅溶液中得到含有結(jié)晶水的ZnSO4，應(yīng)將濾液4進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌的方法制取；

(5)電解K2MnO4溶液時(shí)，陽(yáng)極上MnO42-失電子發(fā)生氧化反應(yīng)得到MnO4-、陰極上氫離子放電生成氫氣，總反應(yīng)式為2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2KOH+H2↑。