Question

13．鋅錳干電池是最早使用的化學電池，酸性鋅錳干電池以鋅筒為負極，正極材料是二氧化錳粉、氯化銨及碳黑組成的糊狀混合物，中間插入一根碳棒，正極和負極之間有一層用氯化銨和氯化鋅溶液浸透了的隔離紙．工作時正極上會發(fā)生反應：
2NH₄⁺+2e^-=2NH₃↑+H₂↑．電池總反應為：2MnO₂（s）+Zn（s）+NH₄⁺（aq）=2MnO（OH）（s）+[Zn（NH₃）₂]²⁺（aq）．
請回答下列問題：
（1）電池的負極反應式為Zn+2NH₄⁺-2e^-=[Zn（NH₃）₂]²⁺+2H⁺．
（2）對干電池不能進行加熱或充電，否則會有可能發(fā)生爆炸．
（3）廢電池糊狀填充物經(jīng)溶解、過濾，得到無色濾液和黑色濾渣．某課外活動小組對該濾液和濾渣進行了探究．已知：濾液的成份是氯化鋅和氯化銨；Zn（OH）₂是兩性氫氧化物．
I．取少量濾液于試管中，滴入適量NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀至沉淀剛開始溶解，并字不要微熱，生成無色刺激性氣體，檢驗該氣體的方法是將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口，試紙變藍．繼續(xù)往試管中滴入FeCl₃溶液，白色沉淀部分轉化為紅褐色沉淀，則可判斷Zn（OH）₂的Ksp大于Fe（OH）₃的Ksp（填“大于”、“小于”、“不能判斷”），寫出該反應的離子方程式3Zn（OH）₂ （s）+2Fe³⁺（aq）=2Fe（OH）₃（s）+3Zn²⁺（aq）．
 II．從黑色濾渣分離出二氧化錳，探究其在用H₂O₂制備O₂過程中的作用．實驗裝置如圖所示，將等量的H₂O₂溶液加入燒瓶中，分別進行2次實驗（氣體體積在相同條件下測定）．

序號	燒瓶中的物質	氣體體積	MnO2的作用
實驗1	足量MnO2	56mL
實驗2	足量MnO2和稀硫酸	112mL

為了準確讀取量氣管讀數(shù)，讀數(shù)時視線應與左管凹液面最低處相平，還應注意讀數(shù)前上下移動右管，使兩管液面保持同一高度，實驗1中MnO₂的作用是催化劑，則實驗2中反應的離子方程式為H₂O₂+2H⁺+MnO₂=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑．
（4）用廢電池的鋅皮制作七水合硫酸鋅（含少量金屬鐵），其流程如下：

試劑A是ZnO（填化學式），操作①包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作，其過程中所需的儀器有酒精燈、玻璃棒、漏斗和下列儀器中的bd（填字母）．（鐵架臺及夾持儀器略）
a．坩堝  b．蒸發(fā)皿  c．圓底燒瓶  d．小燒杯
（5）ZnSO₄•7H₂O晶體溶解于飽和Na₂CO₃溶液中，得到6.46g的堿式碳酸鋅[Zn_x（CO₃）_y（OH）_z]，為了測定其組成，充分加熱分解，產(chǎn)生的氣體依次通入濃硫酸和堿石灰，質量分別增重了0.72g和0.88g，則該堿式碳酸鋅的化學式Zn₃（CO₃）（OH）₄．

Answer 1

分析 （1）原電池負極發(fā)生氧化反應，由電池反應式可知，Zn失去電子生成[Zn（NH₃）₂]²⁺，可知需要NH₄⁺參與反應，結合原子守恒與電荷守恒可知有H⁺生成；
（2）正極會生成氫氣，加熱或充電可能發(fā)生爆炸危險；
（3）I．濾液中含有氯化銨，加入氫氧化鈉溶液加熱生成的氣體為NH₃，氨氣可以使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍；
白色沉淀部分轉化為紅褐色沉淀，即氫氧化鋅與鐵離子反應達到氫氧化鐵沉淀，說明氫氧化鋅的溶度積大于氫氧化鐵的溶度積；
Ⅱ．應保持裝置內外氣體壓強相等，可以上下移動右管，使兩管液面保持同一高度；實驗1中MnO₂的作用是催化劑，實驗2中又加入硫酸，生成氣體體積增大，且為實驗1中的2倍，說明二氧化錳不是催化劑，實驗1中過氧化氫分解時發(fā)生反應：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，可知實驗2中過氧化氫中氧元素全部被氧化為氧氣，二氧化錳起氧化劑作用；
（4）酸浸時硫酸與Zn、Fe反應生成硫酸鋅、硫酸亞鐵，加入過氧化氫將亞鐵離子氧化為鐵離子，加入試劑A調節(jié)溶液pH使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去，不能引入新雜質，A可以為ZnO、Zn（OH）₂、ZnCO₃，濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到七水合硫酸鋅；
（5）濃硫酸增重為分解生成水的質量，堿石灰增重為分解得到二氧化碳的質量，結合原子守恒計算碳酸根、氫氧根的物質的量，再結合電荷守恒計算Zn²⁺的物質的量，計算X、Y、Z的比例關系確定化學式．

解答 解：（1）原電池負極發(fā)生氧化反應，由電池反應式可知，Zn失去電子生成[Zn（NH₃）₂]²⁺，可知需要NH₄⁺參與反應，結合原子守恒與電荷守恒可知有H⁺生成，負極電極反應式為：Zn+2NH₄⁺-2e^-=[Zn（NH₃）₂]²⁺+2H⁺，
故答案為：Zn+2NH₄⁺-2e^-=[Zn（NH₃）₂]²⁺+2H⁺；
（2）正極會生成氫氣，加熱或充電可能發(fā)生爆炸危險，
故答案為：有可能發(fā)生爆炸；
（3）I．濾液中含有氯化銨，加入氫氧化鈉溶液加熱生成的氣體為NH₃，檢驗氨氣的方法為：將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口，試紙變藍，
白色沉淀部分轉化為紅褐色沉淀，即氫氧化鋅與鐵離子反應達到氫氧化鐵沉淀，說明氫氧化鋅的溶度積大于氫氧化鐵的溶度積，反應離子方程式為：3Zn（OH）₂ （s）+2Fe³⁺（aq）=2Fe（OH）₃（s）+3Zn²⁺（aq），
故答案為：將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口，試紙變藍；大于；3Zn（OH）₂ （s）+2Fe³⁺（aq）=2Fe（OH）₃（s）+3Zn²⁺（aq）；
Ⅱ．為了準確讀取量氣管讀數(shù)，讀數(shù)時視線應與左管凹液面最低處相平，還應注意：讀數(shù)前上下移動右管，使兩管液面保持同一高度；
實驗1中MnO₂的作用是催化劑，實驗2中又加入硫酸，生成氣體體積增大，且為實驗1中的2倍，說明二氧化錳不是催化劑，實驗1中過氧化氫分解時發(fā)生反應：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，可知實驗2中過氧化氫中氧元素全部被氧化為氧氣，二氧化錳起氧化劑作用，反應離子方程式為：H₂O₂+2H⁺+MnO₂=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑，
故答案為：讀數(shù)前上下移動右管，使兩管液面保持同一高度；H₂O₂+2H⁺+MnO₂=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑；
（4）酸浸時硫酸與Zn、Fe反應生成硫酸鋅、硫酸亞鐵，加入過氧化氫將亞鐵離子氧化為鐵離子，加入試劑A調節(jié)溶液pH使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去，不能引入新雜質，A可以為ZnO、Zn（OH）₂、ZnCO₃，濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到七水合硫酸鋅，操作①過程中所需的儀器有酒精燈、玻璃棒、漏斗和蒸發(fā)皿、小燒杯，
故答案為：ZnO等；蒸發(fā)濃縮；bd；
（5）濃硫酸增重為分解生成水的質量，水的物質的量為$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04mol，則n（OH^-）=0.08mol，堿石灰增重為分解得到二氧化碳的質量，二氧化碳物質為$\frac{0.88g}{44g/mol}$=0.02mol，則n（CO₃^2-）=0.02mol，結合原子守恒，可知（Zn²⁺）=$\frac{1}{2}$×（0.08mol+0.02mol×2）=0.06mol，則x：y：z=0.06：0.02：0.08=3：1：4，故該堿式碳酸鋅的化學式為：Zn₃（CO₃）（OH）₄，
故答案為：Zn₃（CO₃）（OH）₄．

點評 本題比較綜合，涉及原電池、元素化合物性質、離子檢驗、沉淀轉化、化學工藝流程、物質的分離提純、物質組成測定等，（1）中可以利用總反應式減去正極反應式得到負極反應式，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用的能力．