碱性锌锰电池是日常生活中消耗量最大的电池，其构造如图1所示．放电时总反应为：Zn+2H2O+2MnO2═Zn（OH）2+2MnOOH从废旧碱性锌锰电池中回收Zn和MnO2的工艺如图2：回答下列问题：（1）MnOOH中，M

Question

碱性锌锰电池是日常生活中消耗量最大的电池，其构造如图1所示．放电时总反应为：
Zn+2H₂O+2MnO₂═Zn（OH）₂+2MnOOH
从废旧碱性锌锰电池中回收Zn和MnO₂的工艺如图2：

回答下列问题：
（1）MnOOH中，Mn元素的化合价为___．
（2）“还原焙烧”过程中，高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质（其中MnOOH、MnO₂被还原成MnO），主要原因是“粉料”中含有___．
（3）“净化”是为了除去浸出液中的Fe²⁺，方法是：加入___（填化学式）溶液将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再调节pH使Fe³⁺完全沉淀．已知浸出液中Mn²⁺、Zn²⁺的浓度约为0.1mol•L^-1，根据下列数据计算，调节pH的合理范围是___至___．

化合物	Mn（OH）2	Zn（OH）2	Fe（OH）3
KSP近似值	10-13	10-17	10-38

（离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1即为沉淀完全）
（4）“电解”时，阳极的电极反应式为___．本工艺中应循环利用的物质是___（填化学式）．
（5）若将“粉料”直接与盐酸共热反应后过滤，滤液的主要成分是ZnCl₂和MnCl₂．“粉料”中的MnOOH与盐酸反应的化学方程式为___．
（6）某碱性锌锰电池维持电流强度0.5A（相当于每秒通过5×10^-6 mol电子），连续工作80分钟即接近失效．如果制造一节电池所需的锌粉为6g，则电池失效时仍有___%的金属锌未参加反应．

Answer 1

（1）根据化合价代数和为0，MnOOH中，Mn元素的化合价为+3价，故答案为：+3；
（2）废旧碱性锌锰电池粉料中含有碳具有还原性，“还原焙烧”过程中，碳将高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质（其中MnOOH、MnO₂被还原成MnO），故答案为：C；
（3）“净化”是为了除去浸出液中的Fe²⁺，利用H₂O₂溶液具有氧化性将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再由Mn（OH）₂、Zn（OH）₂的K_SP近似值可求得Mn²⁺，Zn²⁺开始沉淀时的氢氧根浓度分别为√((10-13)/(0.1))=10^-6，√((10-17)/(0.1))=10^-8，即Mn²⁺，Zn²⁺开始沉淀时的pH分别为8和6，而Fe（OH）₃沉淀完全时的氢氧根浓度为

3	(10-38)/(1×10-5)

=10^-11，即
Fe（OH）₃沉淀完全时的pH为3，所以调节pH的合理范围是 3-6，使Fe³⁺完全沉淀，Mn²⁺，Zn²⁺不沉淀，故答案为：H₂O₂；3；6；
（4）电解阳极Mn²⁺失电子发生氧化反应生成MnO₂，阳极的电极反应式为Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，阴极Zn²⁺得电子发生还原反应生成Zn，废电解液为硫酸，则本工艺中应循环利用的物质是H₂SO₄，故答案为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；H₂SO₄；
（5）“粉料”中的MnOOH具有氧化性，与盐酸发生氧化还原反应，则反应的化学方程式为2MnOOH+6HCl(△.)/()2MnCl₂+4H₂O+Cl₂↑，故答案为：2MnOOH+6HCl(△.)/()2MnCl₂+4H₂O+Cl₂↑；
（6）80分钟转移电子的物质的量为5×10^-6 mol×80×60=0.024mol，则消耗的Zn的质量为(0.024mol)/(2)×65g/mol=0.78g，所以如果制造一节电池所需的锌粉为6g，则电池失效时仍有(6-0.78)/(6)×100%=87%的金属锌未参加反应，故答案为：87．