Question

【題目】廢舊鋅錳電池含有鋅、錳元素，主要含有ZnO、ZnMn2 O4、MnO、Mn2 O3、Mn3 O4、MnO2。利用廢舊鋅錳電池回收鋅和制備二氧化錳、硫酸的工藝流程如圖：

回答下列問題：

(1)步驟②“粉碎”的主要目的是______。

(2)步驟③“酸浸”發生了一系列反應：

ZnO+ H2SO4= ZnSO4 + H2O；MnO+ H2SO4= MnSO4 + H2O；

ZnMn2O4+2H2SO4=ZnSO4 + MnSO4 +2H2O+MnO2；

MnO2 + H2SO4 + H2C2O4=MnSO4 + 2CO2 ↑+2H2O。

推測 Mn2O3 與硫酸反應的離子方程式為______。

(3)如圖分別表示“酸浸”時選用不同濃度硫酸和草酸對 Zn、Mn 浸出率的影響。

①為保證 Zn、Mn 的浸出率均大于 90%，步驟③需控制的 c(H2SO4) = ____mol/L。H2C2O4 濃度對 Mn 的浸出率影響程度大于 Zn，其原因是_____。

②假設“酸浸”所得溶液中Zn2+、Mn2+濃度相等。當 c(H2C2O4)>0.25 mol/L 時，Zn、Mn 的浸出率反而下降、且Zn 的浸出率下降先于Mn，其原因可能是_____(填序號)。

a.隨著反應進行 c(H+)降低

b.Zn2+、Mn2+與 C2O42- 生成沉淀

c.溶解度：ZnC2O4＜MnC2O4

(4)步驟⑤用惰性電極電解 ZnSO4 、MnSO4 的混合溶液，除生成 Zn、MnO2、H2SO4 外， 還可能生成 H2、O2 或其混合物。

①生成 MnO2 的電極反應式為_____ 。

②若 n (H2) ：n (O2)=2：1，則參加反應的 n (Zn2+)：n (Mn2+) = ______。

③該工藝流程中可循環利用的物質是________。

Answer 1

【答案】增大接觸面積，提高浸出率 Mn2O3 +2H+=Mn2++H2O+ MnO2 0.5 Zn元素浸出時不需要還原劑，而+4價Mn (MnO2、Mn2O3、Mn3O4)需加入H2C2O4作還原劑更有利浸出或MnO2+H2SO4+H2C2O4=MnSO4+2CO2↑+2H2O a、b、c Mn2+ +2H2O－2e－=MnO2 +4H+ 1∶1 H2SO4或硫酸

【解析】

將廢舊鋅錳電池機械分離，為增加浸出率，對內部固體殘渣(主要含有ZnO、ZnMn2 O4、MnO、Mn2 O3、Mn3 O4、MnO2)粉碎，加入足量H2SO4和草酸對殘渣進行溶浸，發生ZnO+ H2SO4= ZnSO4 + H2O；MnO+ H2SO4= MnSO4 + H2O；ZnMn2O4+2H2SO4=ZnSO4 + MnSO4 +2H2O+MnO2；MnO2 + H2SO4 + H2C2O4=MnSO4 + 2CO2 ↑+2H2O等一系列反應，得到主要含有Mn2+、Zn2+、SO42-等離子的酸浸液，對酸浸液過濾除雜精制，對含有Mn2+、Zn2+、SO42-等離子的精制液電解得到硫酸、二氧化錳、單質鋅，據此分析解答。

(1)增大接觸面積，提高浸出率；

(2)ZnMn2O4可用氧化物的形式表示ZnO · Mn2O3，ZnO·Mn2O3 +2H2SO4=ZnSO4+ MnSO4+2H2O+ MnO2可知Mn2O3 +2H+=Mn2++H2O+ MnO2；

(3)①由圖可知，當c(H2SO4)=0.5 mol/L時，Mn的浸出率等于90%，Zn的浸出率大于90%。由ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O、MnO+H2SO4=MnSO4+ H2O、ZnMn2O4 + 2H2 SO4=ZnSO4 + MnSO4+2H2O + MnO2、MnO2 + H2SO4 + H2C2O4=MnSO4+2CO2↑+2H2O可知，Zn的浸出只需H2SO4即可，所以Zn元素浸出時不需要還原劑，而+4價Mn(MnO2、Mn2O3、Mn3O4)需加入H2C2O4作還原劑更有利Mn的浸出。或MnO2 + H2SO4+H2C2O4=MnSO4+2CO2↑+2H2O；

②a．結合①的分析，Mn、Zn的浸出率與c(H+ )有關，如果c(H+)減小，浸出率下降，故a正確；

b．c(H2C2O4)＞0.25mol/L時，如果Zn2+、Mn2+與C2O生成沉淀，浸出率下降，故b正確；

c．如果溶解度ZnC2O4 <MnC2O4，Zn的浸出率下降先于Mn，故c正確；

答案為：a、b、c；

(4)①根據流程，酸性條件下，Mn2+失去電子轉化為MnO2，則電極反應為：Mn2+ +2H2O－2e－=MnO2 +4H+；

②陰極可能發生的電極反應為Zn2++2e－=Zn，2H++2e－=H2。陽極可能發生的電極反應為Mn2+ +2H2O－2e－=MnO2 +4H+，4OH―― 4e－=2H2O+O2。當n(H2):n(O2)=2:1時電子轉移恰好相等，即電極反應Zn2++2e－=Zn與Mn2+－2e－+2H2O=MnO2 +4H+轉移電子數相等，參加反應的n(Zn2+):n(Mn2+ )=1:1；

③該工藝流程中可循環利用的物質是H2SO4或硫酸。