Question

【題目】我國電池的年市場消費量約為80億只，其中70%是鋅錳干電池，利用廢舊鋅錳干電池制備硫酸鋅晶體(ZnSO4·7H2O)和純MnO2的工藝如下圖所示：

已知：

①鋅皮的主要成分為Zn，含有少量Fe；炭包的主要成分為ZnCl2、NH4Cl、MnO2、碳粉等，還含有少量的 Cu、Ag、Fe 等。

②Ksp[Zn(OH)2]=2.0×10-16；Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10-16；Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。

(1)除去炭包中碳粉的操作為_____________。

A.酸浸 B.過濾 C.焙炒 D.焙燒

(2)粗MnO2轉化為MnSO4時，主要反應的離子方程式為_____________________。

(3)焙燒時發生反應的化學方程式為_____________。

(4)制備硫酸鋅晶體流程中，用ZnO調節溶液pH的目的是______________________________，若溶解時不加H2O2帶來的后果是____________________。

(5)“草酸鈉-高錳酸鉀返滴法”可測定MnO2的純度：取agMnO2樣品于錐形瓶中，加入適量稀硫酸，再加入V1mLc1mol·L-1Na2C2O4溶液(足量)，最后用c2mol·L-1的KMnO4溶液滴定剩余的Na2C2O4，達終點時消耗V2 mL標準KMnO4溶液。

①MnO2參與反應的離子方程式為_____________。

②該樣品中MnO2的質量分數為__________________(假定雜質不參與反應，列出表達式即可)。

Answer 1

【答案】 C MnO2+H2O2+2H+=Mn2++O2↑+2H2O 2MnCO3+O22MnO2+2CO2 除去溶液中的Fe3+雜質 Fe2+與Zn2+不能分離[或當Fe(OH)2沉淀完全時，Zn(OH)2也沉淀完全] MnO2+4H++C2O42-=Mn2++2CO2↑+2H2O ×100%

【解析】試題分析：本題通過對“利用廢舊鋅錳干電池制備硫酸鋅晶體(ZnSO4·7H2O)和純MnO2的工藝”探討，主要考查除雜操作、反應方程式和離子方程式書寫、沉淀的方法、中和滴定計算等基礎知識，考查考生綜合運用溶度積常數的能力、滴定實驗的分析能力和對未知反應的判斷書寫能力。

解析：（1）炭包的主要成分為ZnCl2、NH4Cl、MnO2、碳粉等，還含有少量的 Cu、Ag、Fe 等，所以除去碳粉可以采用焙炒的方法，焙燒時，炭包內部的碳比較難與氧氣反應除去，正確答案：C。（2）已知中粗MnO2在硫酸、H2O2作用下生成MnSO4，既MnO2+H2O2→MnSO4，反應過程中MnO2被還原，則H2O2被氧化生成O2，配平該反應為：MnO2+H2O2+2H+=Mn2++O2↑+2H2O。正確答案：MnO2+H2O2+2H+=Mn2++O2↑+2H2O。（3）上述生成的MnSO4加入Na2CO3后“沉錳”生成MnCO3沉淀，焙燒后生成MnO2，既MnCO3→MnO2，Mn元素被氧化，所以空氣中O2作為氧化劑參加了該反應，配平該反應為：2MnCO3+O22MnO2+2CO2。正確答案：：2MnCO3+O22MnO2+2CO2。（4）鋅皮的主要成分為Zn，含有少量Fe，所以加入硫酸溶解并用H2O2氧化后，溶液中主要存在ZnSO4、Fe2(SO4)3、H2SO4，因此加入的ZnO與H2SO4反應使溶液酸性減弱，從而使Fe3+生成Fe(OH)3沉淀除去。已知Ksp[Zn(OH)2]=2.0×10-16；Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10-16；Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，由于Zn(OH)2與Fe(OH)2的溶度積相差不大，所以沉淀Fe2+時Zn2+必然同時生成沉淀。若溶解時不加H2O2，溶液中主要存在ZnSO4、FeSO4、H2SO4，因此用ZnO反應過量H2SO4調節溶液pH使Fe2+沉淀時，Zn2+必然同時生成Zn(OH)2沉淀。正確答案：除去溶液中的Fe3+、Fe2+與Zn2+不能分離（或當Fe(OH)2沉淀完全時，Zn(OH)2也沉淀完全）。（5）純度測定前半段，MnO2氧化Na2C2O4生成Mn2+和CO2，既MnO2+C2O42-→Mn2++CO2↑，配平該反應得MnO2+4H++C2O42-=Mn2++2CO2↑+2H2O。剩余的Na2C2O4被KMnO4氧化生成Mn2+和CO2，既MnO4-+C2O42-→Mn2++CO2↑，配平得2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++5CO2↑+8H2O。則根據氧化還原反應電子守恒得，，MnO2質量分數為。正確答案：MnO2+4H++C2O42-=Mn2++2CO2↑+2H2O、。