| 模型 | 模型答案 | 正确答案 |
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| 金声玉亮2.0 | (1)【解析】酸性锌锰干电池的正极反应是二氧化锰的还原反应，负极反应是锌的氧化反应。正极反应式为： \[ \mathrm{MnO_2} + \mathrm{NH_4^+} + \mathrm{e^-} \rightarrow \mathrm{MnOOH} + \mathrm{NH_3} \] 负极反应式为： \[ \mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}} + 2\mathrm{e^-} \] 电池反应的离子方程式为： \[ 2\mathrm{MnO_2} + 2\mathrm{NH_4^+} + \mathrm{Zn} \rightarrow 2\mathrm{MnOOH} + 2\mathrm{NH_3} + \mathrm{Zn^{2+}} \] <eoe> 【答案】正极反应式为：\[ \mathrm{MnO_2} + \mathrm{NH_4^+} + \mathrm{e^-} \rightarrow \mathrm{MnOOH} + \mathrm{NH_3} \] 电池反应的离子方程式为：\[ 2\mathrm{MnO_2} + 2\mathrm{NH_4^+} + \mathrm{Zn} \rightarrow 2\mathrm{MnOOH} + 2\mathrm{NH_3} + \mathrm{Zn^{2+}} \] <eoa> (2)【解析】根据法拉第电解定律，电量 \( Q = I \times t \)，其中 \( I \) 是电流强度，\( t \) 是时间。电池工作五分钟，即 \( t = 5 \times 60 = 300 \) 秒。 \[ Q = 0.5 \, \mathrm{A} \times 300 \, \mathrm{s} = 150 \, \mathrm{C} \] 根据电解反应，1摩尔锌需要2摩尔电子，即： \[ \mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}} + 2\mathrm{e^-} \] 1摩尔电子的电量为96500 C，所以150 C对应的锌的摩尔数为： \[ \text{摩尔数} = \frac{150 \, \mathrm{C}}{2 \times 96500 \, \mathrm{C/mol}} = 7.77 \times 10^{-4} \, \mathrm{mol} \] 锌的摩尔质量为65.38 g/mol，所以消耗的锌的质量为： \[ \text{质量} = 7.77 \times 10^{-4} \, \mathrm{mol} \times 65.38 \, \mathrm{g/mol} = 0.0508 \, \mathrm{g} \] <eoe> 【答案】0.0508 g<eoa> (3)【解析】废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有 \(\mathrm{ZnCl_2}\) 和 \(\mathrm{NH_4Cl}\)，两者可以通过加热蒸发分离回收，因为 \(\mathrm{ZnCl_2}\) 的溶解度随温度变化较小，而 \(\mathrm{NH_4Cl}\) 的溶解度随温度变化较大。滤渣的主要成分是 \(\mathrm{MnO_2}\) 和 \(\mathrm{MnOOH}\)。欲从中得到较纯的 \(\mathrm{MnO_2}\)，最简便的方法是用酸处理，因为 \(\mathrm{MnOOH}\) 在酸中会溶解，而 \(\mathrm{MnO_2}\) 不溶于酸。 <eoe> 【答案】滤渣的主要成分是 \(\mathrm{MnO_2}\) 和 \(\mathrm{MnOOH}\)。欲从中得到较纯的 \(\mathrm{MnO_2}\)，最简便的方法是用酸处理，其原理是 \(\mathrm{MnOOH}\) 在酸中会溶解，而 \(\mathrm{MnO_2}\) 不溶于酸。<eoa> (4)【解析】用废电池的锌皮制作 \(\mathrm{ZnSO_4 \cdot 7H_2O}\) 的过程中，需除去铁皮中的少量杂质铁。加入稀 \(\mathrm{H_2SO_4}\) 和 \(\mathrm{H_2O_2}\) 溶解，铁变为 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)。加碱调节 \(\mathrm{pH}\) 为 3 时，铁刚好沉淀完全（离子浓度小于 \(1 \times 10^{-5} \, \mathrm{mol \cdot L^{-1}}\) 时，即可认为该离子沉淀完全）。继续加碱调节 \(\mathrm{pH}\) 为 8 时，锌开始沉淀（假定 \(\mathrm{Zn^{2+}}\) 浓度为 0.1 \(\mathrm{mol \cdot L^{-1}}\)）。若上述过程不加 \(\mathrm{H_2O_2}\) 的后果是铁不能完全转化为 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)，原因是 \(\mathrm{Fe^{2+}}\) 的沉淀 \(\mathrm{Fe(OH)_2}\) 的溶度积较大，不能完全沉淀。 <eoe> 【答案】铁变为 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)。加碱调节 \(\mathrm{pH}\) 为 3 时，铁刚好沉淀完全。继续加碱调节 \(\mathrm{pH}\) 为 8 时，锌开始沉淀。若上述过程不加 \(\mathrm{H_2O_2}\) 的后果是铁不能完全转化为 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)，原因是 \(\mathrm{Fe^{2+}}\) 的沉淀 \(\mathrm{Fe(OH)_2}\) 的溶度积较大，不能完全沉淀。<eoa> |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| deepseekr1 | (1)【解析】 酸性锌锰干电池的负极反应为Zn被氧化为Zn²+：Zn → Zn²+ + 2e⁻。正极反应中，MnO₂接受电子被还原为MnOOH。考虑到酸性环境（H⁺参与），正极反应式为：MnO₂ + H⁺ + e⁻ → MnOOH。总反应由正负极反应合并，得到：Zn + 2MnO₂ + 2H⁺ → Zn²+ + 2MnOOH。 <eoe> 【答案】正极反应式：$\mathrm{MnO}_{2} + \mathrm{H}^{+} + \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{MnOOH}$；电池总反应的离子方程式：$\mathrm{Zn} + 2 \mathrm{MnO}_{2} + 2 \mathrm{H}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2 \mathrm{MnOOH}$。 <eoa> (2)【解析】 电荷量$Q = I \cdot t = 0.5 \, \mathrm{A} \times 300 \, \mathrm{s} = 150 \, \mathrm{C}$。每摩尔Zn失去2 mol电子，故消耗的Zn的物质的量$n = \frac{Q}{2F} = \frac{150}{2 \times 96500} \approx 0.000777 \, \mathrm{mol}$。锌的摩尔质量为65.38 g/mol，质量$m = 0.000777 \times 65.38 \approx 0.0508 \, \mathrm{g}$。 <eoe> 【答案】理论消耗锌的质量为$0.051 \, \mathrm{g}$。 <eoa> (3)【解析】 ZnCl₂和NH₄Cl的溶解度随温度变化差异较大，可通过重结晶分离。滤渣包含不溶的MnO₂和碳粉（C）。为提纯MnO₂，可灼烧滤渣，碳粉燃烧生成CO₂逸出，残留MnO₂。 <eoe> 【答案】两者通过重结晶分离；滤渣为$\mathrm{MnO}_{2}$和碳粉（C）；最简便方法是在空气中灼烧，原理是碳燃烧生成$\mathrm{CO}_{2}$，剩余$\mathrm{MnO}_{2}$。 <eoa> (4)【解析】 铁被氧化为Fe³+，需调节pH使Fe³+沉淀完全。根据$K_{\mathrm{sp}}[\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3}] = 10^{-39}$，当$[\mathrm{Fe}^{3+}] \leq 10^{-5} \, \mathrm{mol/L}$时，$[\mathrm{OH}^-] = \sqrt[3]{\frac{10^{-39}}{10^{-5}}} = 10^{-11.33}$，对应pH为$2.67$。Zn²+开始沉淀的pH由$K_{\mathrm{sp}}[\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}] = 10^{-17}$得：$[\mathrm{OH}^-] = \sqrt{\frac{10^{-17}}{0.1}} = 10^{-8}$，对应pH为$6$。不加H₂O₂时，铁以Fe²+存在，其沉淀pH与Zn²+相近，导致两者共沉淀。 <eoe> 【答案】铁变为$\mathrm{Fe}^{3+}$；pH为$2.7$时铁沉淀完全，pH为$6$时锌开始沉淀；不加$\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}$的后果是铁无法有效去除，因$\mathrm{Fe}^{2+}$和$\mathrm{Zn}^{2+}$沉淀pH相近。 <eoa> |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| gpto1 | (1)【解析】 酸性锌锰干电池的负极（即电池的外壳）是锌，发生氧化反应： $$\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{e}^{-}$$ 正极（即电池的中心）是二氧化锰，发生还原反应，放电过程中产生$\mathrm{MnOOH}$，其反应为： $$\mathrm{MnO}_{2} + \mathrm{NH}_{4}^{+} + \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{MnOOH} + \mathrm{NH}_{3}$$ 为了配平电子数，正极反应乘以$2$，然后将正、负极反应相加，得到电池反应的离子方程式： $$\mathrm{Zn} + 2\mathrm{MnO}_{2} + 2\mathrm{NH}_{4}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{MnOOH} + 2\mathrm{NH}_{3}$$ <eoe> 【答案】 (1) 正极反应式：$\mathrm{MnO}_{2} + \mathrm{NH}_{4}^{+} + \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{MnOOH} + \mathrm{NH}_{3}$ 电池反应的离子方程式：$\mathrm{Zn} + 2\mathrm{MnO}_{2} + 2\mathrm{NH}_{4}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{MnOOH} + 2\mathrm{NH}_{3}$ <eoa> (2)【解析】 首先计算电池工作时通过的电量： $$Q = I \times t = 0.5\,\mathrm{A} \times 5\,\mathrm{min} \times 60\,\mathrm{s/min} = 150\,\mathrm{C}$$ 根据法拉第电解定律，转移的电子的物质的量为： $$n(\mathrm{e}^{-}) = \frac{Q}{F} = \frac{150\,\mathrm{C}}{96500\,\mathrm{C/mol}} \approx 0.001556\,\mathrm{mol}$$ 锌在负极的氧化反应为： $$\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{e}^{-}$$ 所以消耗的锌的物质的量为： $$n(\mathrm{Zn}) = \frac{n(\mathrm{e}^{-})}{2} = \frac{0.001556\,\mathrm{mol}}{2} = 0.000778\,\mathrm{mol}$$ 锌的摩尔质量为$65.4\,\mathrm{g/mol}$，因此消耗的锌的质量为： $$m(\mathrm{Zn}) = n(\mathrm{Zn}) \times M(\mathrm{Zn}) = 0.000778\,\mathrm{mol} \times 65.4\,\mathrm{g/mol} \approx 0.0509\,\mathrm{g}$$ <eoe> 【答案】 (2) $0.0509\,\mathrm{g}$ <eoa> (3)【解析】 在废电池的糊状填充物中，加入水处理后，ZnCl$_2$和NH$_4$Cl溶解于水中，滤液中主要成分为ZnCl$_2$和NH$_4$Cl。根据表中数据，ZnCl$_2$的溶解度远大于NH$_4$Cl，可利用两者的溶解度差，通过蒸发结晶或冷却结晶的方法分离回收。 滤渣中主要成分是MnO$_2$、MnOOH和碳粉。 为了从滤渣中得到较纯的MnO$_2$，最简便的方法是将滤渣进行高温灼烧。原理是MnOOH在高温下分解生成MnO$_2$和水，碳粉在高温下燃烧生成CO$_2$气体，从而除去杂质，得到较纯的MnO$_2$。 化学反应方程式： $$\mathrm{MnOOH} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{MnO}_{2} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$$ $$\mathrm{C} + \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2}\uparrow$$ <eoe> 【答案】 (3) 两者可以通过 **结晶法** 分离回收 滤渣的主要成分是 **MnO$_2$**、**MnOOH** 和 **碳粉** 欲从中得到较纯的 MnO$_2$，最简便的方法是 **高温灼烧** 其原理是 **MnOOH 分解生成 MnO$_2$，碳粉在高温下燃烧生成 CO$_2$ 气体** <eoa> (4)【解析】 在用废电池的锌皮制作 ZnSO$_4\cdot$7H$_2$O 的过程中，加入稀 H$_2$SO$_4$ 和 H$_2$O$_2$，锌和铁都溶解，H$_2$O$_2$ 将 Fe$^{2+}$ 氧化为 Fe$^{3+}$： $$\mathrm{Fe} + \frac{1}{2}\mathrm{O}_{2} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4} \rightarrow \mathrm{Fe}^{3+} + \mathrm{SO}_{4}^{2-} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$$ 调节 pH，使 Fe$^{3+}$ 刚好沉淀完全。根据 Fe(OH)$_3$ 的 K$_{sp}$ 计算： $$K_{sp}\left[\mathrm{Fe(OH)}_{3}\right] = [\mathrm{Fe}^{3+}][\mathrm{OH}^{-}]^{3} = 1 \times 10^{-39}$$ 当 [Fe$^{3+}$] = $1 \times 10^{-5}$ mol·L$^{-1}$ 时： $$[\mathrm{OH}^{-}]^{3} = \frac{1 \times 10^{-39}}{1 \times 10^{-5}} = 1 \times 10^{-34}$$ $$[\mathrm{OH}^{-}] = (1 \times 10^{-34})^{1/3} = 1 \times 10^{-11.33}\,\mathrm{mol\cdot L}^{-1}$$ $$\mathrm{pOH} = -\log [\mathrm{OH}^{-}] = 11.33$$ $$\mathrm{pH} = 14 - \mathrm{pOH} = 2.67$$ 同样地，计算 Zn(OH)$_2$ 开始沉淀时的 pH： $$K_{sp}\left[\mathrm{Zn(OH)}_{2}\right] = [\mathrm{Zn}^{2+}][\mathrm{OH}^{-}]^{2} = 1 \times 10^{-17}$$ 当 [Zn$^{2+}$] = 0.1 mol·L$^{-1}$ 时： $$[\mathrm{OH}^{-}]^{2} = \frac{1 \times 10^{-17}}{0.1} = 1 \times 10^{-16}$$ $$[\mathrm{OH}^{-}] = (1 \times 10^{-16})^{1/2} = 1 \times 10^{-8}\,\mathrm{mol\cdot L}^{-1}$$ $$\mathrm{pOH} = -\log [\mathrm{OH}^{-}] = 8$$ $$\mathrm{pH} = 14 - \mathrm{pOH} = 6$$ 若不加入 H$_2$O$_2$，铁以 Fe$^{2+}$ 的形式存在。Fe(OH)$_2$ 的 K$_{sp}$ 与 Zn(OH)$_2$ 相近，同样计算可知 Fe$^{2+}$ 沉淀的 pH 与 Zn$^{2+}$ 接近，无法在锌开始沉淀前将铁完全沉淀，导致铁和锌不能有效分离，影响产品纯度。 <eoe> 【答案】 (4) 铁变为 **Fe$^{3+}$** 加碱调节 pH 为 **2.67** 时，铁刚好沉淀完全 继续加碱调节 pH 为 **6** 时，锌开始沉淀 若上述过程不加 H$_2$O$_2$ 的后果是 **铁不能与锌有效分离，锌盐中含有铁杂质** 原因是 **未加 H$_2$O$_2$ 时，铁以 Fe$^{2+}$ 形式存在，Fe$^{2+}$ 的沉淀 pH 与 Zn$^{2+}$ 相近，无法在较低 pH 下将铁完全沉淀而不影响锌** <eoa> |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| GPT-4o | (1)【解析】 酸性锌锰电池的正极是二氧化锰（MnO₂），放电时二氧化锰被还原生成MnOOH。负极是锌，放电过程中锌被氧化生成Zn²⁺。正极反应式为： \[ \mathrm{MnO}_2 + \mathrm{NH}_4^+ + \mathrm{e}^- \rightarrow \mathrm{MnOOH} + \mathrm{NH}_3 \] 负极反应式为： \[ \mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{e}^- \] 电池反应的离子方程式为： \[ 2\mathrm{MnO}_2 + 2\mathrm{NH}_4^+ + \mathrm{Zn} \rightarrow 2\mathrm{MnOOH} + 2\mathrm{NH}_3 + \mathrm{Zn}^{2+} \]<eoe> 【答案】正极反应式：\[ \mathrm{MnO}_2 + \mathrm{NH}_4^+ + \mathrm{e}^- \rightarrow \mathrm{MnOOH} + \mathrm{NH}_3 \] 电池反应的离子方程式：\[ 2\mathrm{MnO}_2 + 2\mathrm{NH}_4^+ + \mathrm{Zn} \rightarrow 2\mathrm{MnOOH} + 2\mathrm{NH}_3 + \mathrm{Zn}^{2+} \]<eoa> (2)【解析】 根据法拉第电解定律，电量 \( Q = I \cdot t \)。已知电流强度 \( I = 0.5 \mathrm{~A} \)，电池工作时间 \( t = 5 \mathrm{~min} = 300 \mathrm{~s} \)。 \[ Q = 0.5 \mathrm{~A} \times 300 \mathrm{~s} = 150 \mathrm{~C} \] 锌的氧化反应中，每摩尔锌释放2摩尔电子，因此消耗锌的物质的量 \( n \)： \[ n = \frac{Q}{2F} = \frac{150 \mathrm{~C}}{2 \times 96500 \mathrm{~C/mol}} = 7.76 \times 10^{-4} \mathrm{~mol} \] 锌的摩尔质量为65.38 g/mol，所以消耗锌的质量为： \[ m = n \times M_{\mathrm{Zn}} = 7.76 \times 10^{-4} \mathrm{~mol} \times 65.38 \mathrm{~g/mol} = 0.0507 \mathrm{~g} \]<eoe> 【答案】0.0507 g<eoa> (3)【解析】 废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有 \(\mathrm{ZnCl}_2\) 和 \(\mathrm{NH}_4\mathrm{Cl}\)，两者可以通过加热蒸发分离回收。滤渣的主要成分是 \(\mathrm{MnO}_2\)、碳粉和其他不溶物。 欲从中得到较纯的 \(\mathrm{MnO}_2\)，最简便的方法是通过洗涤和过滤去除可溶性杂质。其原理是利用 \(\mathrm{MnO}_2\) 不溶于水的特性，通过反复洗涤去除水溶性的杂质。<eoe> 【答案】通过洗涤和过滤去除可溶性杂质，其原理是利用 \(\mathrm{MnO}_2\) 不溶于水的特性，通过反复洗涤去除水溶性的杂质。<eoa> (4)【解析】 用废电池的锌皮制作 \(\mathrm{ZnSO}_4 \cdot 7 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}\) 的过程中，需除去铁皮中的少量杂质铁。加入稀 \(\mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4\) 和 \(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2\)，铁变为 \(\mathrm{Fe}^{3+}\)。加碱调节 \(\mathrm{pH}\) 为 3 时，铁刚好沉淀完全（\(\mathrm{Fe(OH)}_3\) 的溶度积常数 \(K_{sp} = 10^{-39 |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| llama3.1-70B-Instruct | (1)【解析】电池的正极反应式为:2MnO2+2H2O+2e=2MnOOH+2OH-电池反应的离子方程式为:Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH<eoe> 【答案】2MnO2+2H2O+2e=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH<eoa> (2)【解析】电池工作5分钟,消耗电量为:0.5A×5×60s=150C,理论消耗锌的质量为:150C×1mol/96500C×65.4g/mol=1.01g<eoe> 【答案】1.01<eoa> (3)【解析】欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法是:将滤渣中的MnO2用盐酸溶解,然后加碱调节pH,使Mn2+沉淀,再用氧化剂将Mn2+氧化为MnO2,其原理是:2Mn2++O2+2H2O=2MnO2+4H+<eoe> 【答案】将滤渣中的MnO2用盐酸溶解,然后加碱调节pH,使Mn2+沉淀,再用氧化剂将Mn2+氧化为MnO2,其原理是:2Mn2++O2+2H2O=2MnO2+4H+<eoa> (4)【解析】加H2O2的后果是:Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+在pH=3时沉淀,而Zn2+在pH=8时沉淀,因此可以除去铁皮中的杂质铁,原因是:Fe2++H2O2=Fe3++2H2O,Fe3+在pH=3时沉淀,而Zn2+在pH=8时沉淀<eoe> 【答案】加H2O2的后果是:Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+在pH=3时沉淀,而Zn2+在pH=8时沉淀,原因是:Fe2++H2O2=Fe3++2H2O,Fe3+在pH=3时沉淀,而Zn2+在pH=8时沉淀<eoa> |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| llama3.1-405B-Instruct | (1)【解析】 该电池的正极反应式为:2MnO2+H2O+2e-→MnOOH+OH-电池反应的离子方程式为:Zn+2MnO2+H2O→Zn2++MnOOH+2OH-<eoe>【答案】2MnO2+H2O+2e-→MnOOH+OH-Zn+2MnO2+H2O→Zn2++MnOOH+2OH-<eoa> (2)【解析】 持续电流强度为0.5A,电池工作五分钟,理论消耗锌m克.根据法拉第定律可得:m=\frac{0.5\times5\times60}{96500\times2}=7.77\times10 |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| DeepSeek-Coder-V2 | "(1)【解析】酸性锌锰干电池的正极反应通常涉及二氧化锰的还原。在酸性条件下，二氧化锰被还原为MnOOH。反应式可以表示为：\n\\[ \\mathrm{MnO}_{2} + \\mathrm{H}^{+} + \\mathrm{e}^{-} \\rightarrow \\mathrm{MnOOH} \\]\n电池的总反应式可以通过将正极反应和负极反应相加得到。负极反应是锌的氧化：\n\\[ \\mathrm{Zn} \\rightarrow \\mathrm{Zn}^{2+} + 2\\mathrm{e}^{-} \\]\n因此，电池的总反应式为：\n\\[ \\mathrm{Zn} + 2\\mathrm{MnO}_{2} + 2\\mathrm{H}^{+} \\rightarrow \\mathrm{Zn}^{2+} + 2\\mathrm{MnOOH} \\]\n将其写成离子方程式：\n\\[ \\mathrm{Zn} + 2\\mathrm{MnO}_{2} + 2\\mathrm{H}^{+} \\rightarrow \\mathrm{Zn}^{2+} + 2\\mathrm{MnOOH} \\]\n<eoe>\n【答案】正极反应式为：\\[ \\mathrm{MnO}_{2} + \\mathrm{H}^{+} + \\mathrm{e}^{-} \\rightarrow \\mathrm{MnOOH} \\]\n电池反应的离子方程式为：\\[ \\mathrm{Zn} + 2\\mathrm{MnO}_{2} + 2\\mathrm{H}^{+} \\rightarrow \\mathrm{Zn}^{2+} + 2\\mathrm{MnOOH} \\]\n<eoa>\n\n(2)【解析】计算理论消耗的锌的质量，首先需要计算通过的电量。电流强度为0.5 A，工作时间为5分钟（即300秒），因此电量Q为：\n\\[ Q = I \\times t = 0.5 \\mathrm{~A} \\times 300 \\mathrm{~s} = 150 \\mathrm{C} \\]\n锌的电化学当量为：\n\\[ \\text{电化学当量} = \\frac{\\text{摩尔质量}}{\\text{电子数} \\times \\text{法拉第常数}} = \\frac{65.38 \\mathrm{~g/mol}}{2 \\times 96500 \\mathrm{C/mol}} \\]\n理论消耗的锌的质量为：\n\\[ m = \\text{电化学当量} \\times Q = \\frac{65.38 \\mathrm{~g/mol}}{2 \\times 96500 \\mathrm{C/mol}} \\times 150 \\mathrm{C} \\approx 0.051 \\mathrm{~g} \\]\n<eoe>\n【答案】0.051<eoa>\n\n(3)【解析】废电池糊状填充物加水处理后，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl。由于ZnCl2的溶解度远高于NH4Cl，可以通过蒸发浓缩和冷却结晶的方法分离ZnCl2和NH4Cl。滤渣的主要成分是MnO2、碳粉和未反应的Zn。\n\n从滤渣中得到较纯的MnO2，最简便的方法是加热氧化。加热可以使碳粉和其他有机物燃烧，而MnO2在高温下稳定，从而得到较纯的MnO2。\n<eoe>\n【答案】分离回收方法：蒸发浓缩和冷却结晶；滤渣的主要成分：MnO2、碳粉、未反应的Zn；最简便的方法：加热氧化；原理：加热使碳粉和其他有机物燃烧，MnO2在高温下稳定。<eoa>\n\n(4)【解析】除去铁皮中的少量杂质铁，首先用稀H2SO4和H2O2溶解，铁变为Fe3+。加碱调节pH使铁刚好沉淀完全，根据Fe(OH)3的Ksp，计算pH值：\n\\[ [\\mathrm{Fe}^{3+}][\\mathrm{OH}^{-}]^3 = 10^{-39} \\]\n当[\\mathrm{Fe}^{3+}] = 1 \\times 10^{-5} \\mathrm{~mol/L}时：\n\\[ [\\mathrm{OH}^{-}] = \\sqrt[3]{\\frac{10^{-39}}{10^{-5}}} = 10^{-12} \\mathrm{~mol/L} \\]\n\\[ \\mathrm{pOH} = 12 \\]\n\\[ \\mathrm{pH} = 2 \\]\n继续加碱调节pH使锌开始沉淀，根据Zn(OH)2的Ksp，计算pH值：\n\\[ [\\mathrm{Zn}^{2+}][\\mathrm{OH}^{-}]^2 = 10^{-17} \\]\n当[\\mathrm{Zn}^{2+}] = 0.1 \\mathrm{~mol/L}时：\n\\[ [\\mathrm{OH}^{-}] = \\sqrt{\\frac{10^{-17}}{0.1}} = 10^{-8} \\mathrm{~mol/L} \\]\n\\[ \\mathrm{pOH} = 8 \\]\n\\[ \\mathrm{pH} = 6 \\]\n若不加H2O2，Fe2+会被氧化为Fe3+，导致Fe(OH)2和Zn(OH)2共沉淀。\n<eoe>\n【答案】铁变为Fe3+；pH为2时铁刚好沉淀完全；pH为6时锌开始沉淀；后果：Fe2+和Zn2+共沉淀；原因：Fe2+被氧化为Fe3+，导致Fe(OH)2和Zn(OH)2共沉淀。<eoa>" | （1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| Qwen2-72B-Instruct | "(1)【解析】在酸性锌锰干电池中，正极反应是二氧化锰被还原的过程，而负极反应是锌被氧化的过程。正极反应式为：$MnO_2 + H^+ + e^- \\rightarrow MnOOH$。电池反应的离子方程式则为正极和负极反应的综合，即：$Zn + 2MnO_2 + 2H^+ \\rightarrow Zn^{2+} + 2MnOOH + H_2O$。<eoe>\n【答案】正极反应式为：$MnO_2 + H^+ + e^- \\rightarrow MnOOH$；电池反应的离子方程式为：$Zn + 2MnO_2 + 2H^+ \\rightarrow Zn^{2+} + 2MnOOH + H_2O$。<eoa>\n\n(2)【解析】根据法拉第定律，电流与物质的量之间的关系为 $n = \\frac{I \\cdot t}{F}$，其中 $n$ 是物质的量，$I$ 是电流强度，$t$ 是时间，$F$ 是法拉第常数。已知电流强度为 $0.5\\ \\text{A}$，时间为 $5 \\times 60 = 300\\ \\text{s}$，$F = 96500\\ \\text{C/mol}$。锌的电荷为 $+2$，因此消耗的锌的物质的量为：$n = \\frac{0.5 \\times 300}{96500 \\times 2} = 7.77 \\times 10^{-5}\\ \\text{mol}$。锌的摩尔质量为 $65.38\\ \\text{g/mol}$，则消耗的锌的质量为：$7.77 \\times 10^{-5} \\times 65.38 = 0.00507\\ \\text{g}$。<eoe>\n【答案】理论消耗锌 $0.00507\\ \\text{g}$。<eoa>\n\n(3)【解析】滤液中主要含有 $\\mathrm{ZnCl}_{2}$ 和 $\\mathrm{NH}_{4} \\mathrm{Cl}$，两者的溶解度随温度变化显著不同，$\\mathrm{ZnCl}_{2}$ 的溶解度远大于 $\\mathrm{NH}_{4} \\mathrm{Cl}$，因此可以通过蒸发结晶或冷却结晶的方式分离回收。滤渣的主要成分除了 $\\mathrm{MnO}_{2}$ 外，还可能含有未反应的碳粉和生成的 $\\mathrm{MnOOH}$。欲从中得到较纯的 $\\mathrm{MnO}_{2}$，最简便的方法是通过酸洗或碱洗，利用 $\\mathrm{MnOOH}$ 在酸性或碱性条件下溶解而 $\\mathrm{MnO}_{2}$ 不溶的性质进行分离。其原理是 $\\mathrm{MnOOH}$ 在酸性条件下转化为可溶的 $\\mathrm{Mn}^{2+}$，而 $\\mathrm{MnO}_{2}$ 在酸性条件下不反应。<eoe>\n【答案】滤液中 $\\mathrm{ZnCl}_{2}$ 和 $\\mathrm{NH}_{4} \\mathrm{Cl}$ 可以通过蒸发结晶或冷却结晶的方式分离回收；滤渣的主要成分是 $\\mathrm{MnO}_{2}$、碳粉和 $\\mathrm{MnOOH}$；欲从中得到较纯的 $\\mathrm{MnO}_{2}$，最简便的方法是通过酸洗，其原理是 $\\mathrm{MnOOH}$ 在酸性条件下转化为可溶的 $\\mathrm{Mn}^{2+}$，而 $\\mathrm{MnO}_{2}$ 在酸性条件下不反应。<eoa>\n\n(4)【解析】加入稀硫酸和 $H_2O_2$ 的目的是将铁氧化为 $Fe^{3+}$，从而避免 $Fe^{2+}$ 和 $Zn^{2+}$ 在相同条件下沉淀，影响锌的纯度。$Fe^{3+}$ 的 $K_{sp}$ 值远小于 $Zn^{2+}$，因此在调节 $pH$ 时，$Fe^{3+}$ 会先于 $Zn^{2+}$ 沉淀。根据 $Fe(OH)_3$ 的 $K_{sp}$ 近似值为 $10^{-39}$，当 $Fe^{3+}$ 浓度小于 $1 \\times 10^{-5}\\ \\text{mol/L}$ 时，$[OH^-]^3 = \\frac{K_{sp}}{[Fe^{3+}]} = \\frac{10^{-39}}{1 \\times 10^{-5}} = 10^{-34}$，即 $[OH^-] = 10^{-11.33}\\ \\text{M}$，$pOH = 11.33$，因此 $pH = 14 - pOH = 2.67$。对于 $Zn^{2+}$，当 $Zn^{2+}$ 浓度为 $0.1\\ \\text{mol/L}$ 时，$[OH^-]^2 = \\frac{K_{sp}}{[Zn^{2+}]} = \\frac{10^{-17}}{0.1} = 10^{-16}$，即 $[OH^-] = 10^{-8}\\ \\text{M}$，$pOH = 8$，因此 $pH = 14 - pOH = 6$。若上述过程不加 $H_2O_2$，则铁将以 $Fe^{2+}$ 形式存在，其 $K_{sp}$ 值与 $Zn^{2+}$ 相近，导致两者同时沉淀，影响锌的纯度。<eoe>\n【答案】加入稀硫酸和 $H_2O_2$ 后，铁变为 $Fe^{3+}$；加碱调节 $pH$ 为 $2.67$ 时，铁刚好沉淀完全；继续加碱调节 $pH$ 为 $6$ 时，锌开始沉淀；若上述过程不加 $H_2O_2$ 的后果是铁将以 $Fe^{2+}$ 形式存在，与 $Zn^{2+}$ 同时沉淀，影响锌的纯度。<eoa>" | （1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| baichuan4 | (1)【解析】根据题目描述，酸性锌锰干电池在放电过程中会产生$\mathrm{MnOOH}$，这意味着电池的正极发生了还原反应。正极的材料是二氧化锰（$\mathrm{MnO}_{2}$），在放电过程中，$\mathrm{MnO}_{2}$被还原成$\mathrm{MnOOH}$。因此，正极反应式为$\mathrm{MnO}_{2} + \mathrm{H}^{+} + \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{MnOOH}$。电池反应的离子方程式需要考虑正极和负极反应，负极反应通常是金属锌的氧化反应，即$\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{e}^{-}$。将正极和负极反应合并，得到电池反应的离子方程式为$\mathrm{Zn} + 2\mathrm{MnO}_{2} + 2\mathrm{H}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{MnOOH}$。 【答案】$\mathrm{MnO}_{2} + \mathrm{H}^{+} + \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{MnOOH}$，$\mathrm{Zn} + 2\mathrm{MnO}_{2} + 2\mathrm{H}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{MnOOH}$ (2)【解析】根据题目给出的条件，持续电流强度为$0.5 \mathrm{~A}$，电池工作五分钟。首先计算总电荷量$Q = I \times t = 0.5 \mathrm{~A} \times 5 \times 60 \mathrm{~s} = 150 \mathrm{C}$。然后，根据法拉第常数$F = 96500 \mathrm{C/mol}$，可以计算出理论上消耗的锌的物质的量$n = \frac{Q}{F} = \frac{150}{96500} \mathrm{~mol}$。最后，根据锌的摩尔质量$M(\mathrm{Zn}) = 65.38 \mathrm{~g/mol}$，计算出理论上消耗的锌的质量$m = n \times M(\mathrm{Zn})$。 【答案】$m = \frac{150}{96500} \times 65.38 \approx 0.096 \mathrm{~g}$ (3)【解析】根据题目描述，废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有$\mathrm{ZnCl}_{2}$和$\mathrm{NH}_{4}\mathrm{Cl}$，两者可以通过结晶分离回收。滤渣的主要成分是$\mathrm{MnO}_{2}$。欲从中得到较纯的$\mathrm{MnO}_{2}$，最简便的方法是加热分解，因为$\mathrm{MnO}_{2}$在高温下会分解生成氧气和锰的氧化物，通过控制温度可以分离得到较纯的$\mathrm{MnO}_{2}$。 【答案】结晶，$\mathrm{MnO}_{2}$，加热分解，$\mathrm{MnO}_{2}$在高温下会分解生成氧气和锰的氧化物，通过控制温度可以分离得到较纯的$\mathrm{MnO}_{2}$。 (4)【解析】根据题目描述，用废电池的锌皮制作$\mathrm{ZnSO}_{4} \cdot 7\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$的过程中，需除去铁皮中的少量杂质铁。方法是加入稀$\mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4}$和$\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}$，溶解，铁变为$\mathrm{Fe}^{3+}$。根据表格中的数据，$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3}$的$K_{sp}$近似值为$10^{-39}$，当$\mathrm{Fe}^{3+}$浓度为$1 \times 10^{-5} \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{L}^{-1}$时，刚好沉淀完全，此时$\mathrm{OH}^{-}$浓度为$\sqrt{\frac{K_{sp}}{c(\mathrm{Fe}^{3+})}} = \sqrt{\frac{10^{-39}}{1 \times 10^{-5}}} = 10^{-17} \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{L}^{-1}$，对应的$\mathrm{pH} = 14 + \log(10^{-17}) = 7$。继续加碱调节$\mathrm{pH}$为8时，锌开始沉淀，此时$\mathrm{Zn}^{2+}$浓度为$0.1 \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{L}^{-1}$，$\mathrm{OH}^{-}$浓度为$\sqrt{\frac{K_{sp}}{c(\mathrm{Zn}^{2+})}} = \sqrt{\frac{10^{-17}}{0.1}} = 10^{-8.5} \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{L}^{-1}$，对应的$\mathrm{pH} = 14 + \log(10^{-8.5}) = 5.5$。若上述过程不加$\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}$，则铁无法被氧化为$\mathrm{Fe}^{3+}$，而是以$\mathrm{Fe}^{2+}$的形式存在，而$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$的$K_{sp}$近似值为$10^{-17}$，在相同条件下不会沉淀，因此无法除去铁杂质。 【答案】$\mathrm{Fe}^{3+}$，7，8，无法除去铁杂质，铁无法被氧化为$\mathrm{Fe}^{3+}$，而是以$\mathrm{Fe}^{2+}$的形式存在，而$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$的$K_{sp}$近似值为$10^{-17}$，在相同条件下不会沉淀。 |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| doubao | (1)【解析】正极发生还原反应，二氧化锰得到电子生成 MnOOH，正极反应式为：MnO₂ + H⁺ + e⁻ = MnOOH；负极锌失去电子生成锌离子，电池反应的离子方程式为：Zn + 2MnO₂ + 2H⁺ = Zn²⁺ + 2MnOOH。<eoe> 【答案】正极反应式为：MnO₂ + H⁺ + e⁻ = MnOOH；电池反应的离子方程式为：Zn + 2MnO₂ + 2H⁺ = Zn²⁺ + 2MnOOH。<eoa> (2)【解析】电量 Q = It = 0.5×(5×60) = 150C，转移电子物质的量 n = Q/F = 150÷96500，锌失去 2 个电子，消耗锌的物质的量为 150÷(2×96500)，锌的摩尔质量为 65g/mol，理论消耗锌的质量 = 150×65÷(2×96500) ≈ 0.05g。<eoe> 【答案】0.05g。<eoa> (3)【解析】氯化铵的溶解度随温度变化较大，氯化锌溶解度随温度变化相对较小，可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离回收；滤渣主要成分还有碳粉；得到较纯的 MnO₂最简便的方法是在空气中加热，碳粉燃烧除去，原理是碳在空气中燃烧生成二氧化碳。<eoe> 【答案】加热浓缩、冷却结晶；碳粉；在空气中加热；碳在空气中燃烧生成二氧化碳。<eoa> (4)【解析】铁变为铁离子；Ksp[Fe(OH)₃] = 10⁻³⁹，当铁离子浓度小于 1×10⁻⁵mol/L 时，c(OH⁻) = (10⁻³⁹÷(1×10⁻⁵))^(1/3) = 10⁻¹¹mol/L，pH = 3；Ksp[Zn(OH)₂] = 10⁻¹⁷，当锌离子浓度为 0.1mol/L 时，c(OH⁻) = (10⁻¹⁷÷0.1)^(1/2) = 10⁻⁸mol/L，pH = 6；若不加 H₂O₂，铁不能完全转化为铁离子，会和锌同时沉淀。<eoe> 【答案】铁离子；3；6；铁不能完全转化为铁离子，会和锌同时沉淀。<eoa> |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| minimax | (1)【解析】酸性锌锰干电池的正极反应涉及到二氧化锰和氢离子，负极反应涉及到锌和氢离子。电池反应的离子方程式是正极和负极反应的组合。正极反应中，二氧化锰被还原成氢氧化锰（MnOOH），负极反应中，锌被氧化成锌离子。电池反应的离子方程式需要考虑电子的转移，即负极释放的电子被正极接收。<eoe> 【答案】正极反应式为：\( \text{MnO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{e}^- \rightarrow \text{MnOOH} + \text{OH}^- \)；电池反应的离子方程式为：\( \text{Zn} + 2\text{MnO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{MnOOH} + 2\text{OH}^- \)。<eoa> (2)【解析】根据法拉第电解定律，电极上发生反应的物质的量与通过电解质的电荷量成正比。公式为 \( m = \frac{Q \cdot M}{n \cdot F} \)，其中 \( m \) 是物质的质量，\( Q \) 是电荷量，\( M \) 是物质的摩尔质量，\( n \) 是电子转移数，\( F \) 是法拉第常数。已知电流 \( I = 0.5 \text{A} \)，时间 \( t = 5 \text{min} = 300 \text{s} \)，法拉第常数 \( F = 96500 \text{C/mol} \)，锌的摩尔质量 \( M(\text{Zn}) = 65.38 \text{g/mol} \)，电子转移数 \( n = 2 \)（因为锌从0价变为+2价）。<eoe> 【答案】理论消耗锌的质量为： \[ m(\text{Zn}) = \frac{Q \cdot M(\text{Zn})}{n \cdot F} = \frac{0.5 \text{A} \cdot 300 \text{s} \cdot 65.38 \text{g/mol}}{2 \cdot 96500 \text{C/mol}} \approx 0.5 \text{g} \]<eoa> (3)【解析】滤液中的 \( \text{ZnCl}_2 \) 和 \( \text{NH}_4\text{Cl} \) 可以通过蒸发结晶的方法分离回收，因为它们的溶解度随温度变化不同。滤渣中的主要成分是 \( \text{MnO}_2 \)、\( \text{ZnO} \) 和 \( \text{NH}_4\text{Cl} \)。为了得到较纯的 \( \text{MnO}_2 \)，可以使用酸溶解的方法，因为 \( \text{MnO}_2 \) 不溶于酸，而 \( \text{ZnO} \) 和 \( \text{NH}_4\text{Cl} \) 可以溶解。原理是利用 \( \text{MnO}_2 \) 的化学稳定性，不与酸反应，从而实现分离。<eoe> 【答案】滤液中的 \( \text{ZnCl}_2 \) 和 \( \text{NH}_4\text{Cl} \) 可以通过蒸发结晶的方法分离回收；滤渣的主要成分是 \( \text{MnO}_2 \)、\( \text{ZnO} \) 和 \( \text{NH}_4\text{Cl} \)。欲从中得到较纯的 \( \text{MnO}_2 \)，最简便的方法是使用酸溶解，其原理是 \( \text{MnO}_2 \) 的化学稳定性，不与酸反应。<eoa> (4)【解析】在制作 \( \text{ZnSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O} \) 的过程中，需要除去铁杂质。加入稀 \( \text{H}_2\text{SO}_4 \) 和 \( \text{H}_2\text{O}_2 \) 后，铁被氧化成 \( \text{Fe}^{3+} \)。调节 \( \text{pH} \) 时，铁的沉淀完全发生在 \( \text{pH} \) 较低时，因为 \( \text{Fe}^{3+} \) 与 \( \text{OH}^- \) 反应生成 \( \text{Fe(OH)}_3 \) 沉淀。若不加 \( \text{H}_2\text{O}_2 \)，铁可能不会完全氧化成 \( \text{Fe}^{3+} \)，而是部分以 \( \text{Fe}^{2+} \) 形式存在，这会导致在 \( \text{pH} \) 较高时才开始沉淀，因为 \( \text{Fe}^{2+} \) 需要更高的 \( \text{pH} \) 才能形成 \( \text{Fe(OH)}_2 \) 沉淀。这样会影响 \( \text{Zn}^{2+} \) 的沉淀，因为 \( \text{Zn}^{2+} \) 的沉淀需要更高的 \( \text{pH} \) 值。<eoe> 【答案】若上述过程不加 \( \text{H}_2\text{O}_2 \) 的后果是铁不会完全氧化成 \( \text{Fe}^{3+} \)，而是部分以 \( \text{Fe}^{2+} \) 形式存在，这会导致在 \( \text{pH} \) 较高时才开始沉淀，因为 \( \text{Fe}^{2+} \) 需要更高的 \( \text{pH} \) 才能形成 \( \text{Fe(OH)}_2 \) 沉淀。这样会影响 \( \text{Zn}^{2+} \) 的沉淀，因为 \( \text{Zn}^{2+} \) 的沉淀需要更高的 \( \text{pH} \) 值。<eoa> |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| kimi | (1)【解析】 酸性锌锰干电池的正极反应式是二氧化锰与水反应生成氢氧化锰和氢离子，负极反应式是锌与氢离子反应生成锌离子和氢气。电池反应的离子方程式是锌离子与二氧化锰和水反应生成氢氧化锰和锌离子。 <eoe> 【答案】 正极反应式：$\mathrm{MnO_2 + H_2O + 2e^- \rightarrow MnOOH + OH^-}$ 电池反应的离子方程式：$\mathrm{Zn + 2MnO_2 + H_2O \rightarrow Zn^{2+} + 2MnOOH}$<eoa> (2)【解析】 根据法拉第定律，电流I通过电池时，转移的电荷量Q等于电流I乘以时间t，即$Q = It$。每摩尔电子的电荷量为法拉第常数F，所以转移的电子的物质的量n等于Q除以F，即$n = \frac{Q}{F}$。锌的氧化反应是$\mathrm{Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-}$，所以消耗的锌的物质的量等于转移的电子的物质的量。锌的摩尔质量为65.38g/mol，所以消耗的锌的质量m等于锌的物质的量n乘以锌的摩尔质量。 <eoe> 【答案】 $\mathrm{m = \frac{0.5 \, A \times 5 \, min \times 60 \, s/min}{96500 \, C/mol} \times 65.38 \, g/mol \approx 0.02 \, g}$<eoa> (3)【解析】 废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有$\mathrm{ZnCl_2}$和$\mathrm{NH_4Cl}$，可以通过结晶分离回收。滤渣的主要成分是$\mathrm{MnO_2}$、$\mathrm{C}$和$\mathrm{Fe}$。欲从中得到较纯的$\mathrm{MnO_2}$，最简便的方法是利用$\mathrm{MnO_2}$的氧化性，将其与还原剂反应，如用浓盐酸在加热条件下反应，$\mathrm{MnO_2}$会被还原为$\mathrm{Mn^{2+}}$，而$\mathrm{C}$和$\mathrm{Fe}$不会被氧化。 <eoe> 【答案】 最简便的方法是加热条件下用浓盐酸处理，其原理是$\mathrm{MnO_2}$被还原为$\mathrm{Mn^{2+}}$，而$\mathrm{C}$和$\mathrm{Fe}$不会被氧化。<eoa> (4)【解析】 用废电池的锌皮制作$\mathrm{ZnSO_4 \cdot 7H_2O}$的过程中，需除去铁皮中的少量杂质铁。加入稀$\mathrm{H_2SO_4}$和$\mathrm{H_2O_2}$，溶解，铁会被氧化为$\mathrm{Fe^{2+}}$，然后加碱调节pH为3.7时，$\mathrm{Fe^{2+}}$刚好沉淀完全。继续加碱调节pH为9.4时，锌开始沉淀。若上述过程不加$\mathrm{H_2} \mathrm{O_2}$，铁不会被氧化为$\mathrm{Fe^{2+}}$，而是以$\mathrm{Fe^{3+}}$的形式存在，当pH为3.7时，$\mathrm{Fe^{3+}}$不会沉淀，导致铁无法去除。 <eoe> 【答案】 若上述过程不加$\mathrm{H_2O_2}$的后果是铁无法去除，原因是铁不会被氧化为$\mathrm{Fe^{2+}}$，而是以$\mathrm{Fe^{3+}}$的形式存在，当pH为3.7时，$\mathrm{Fe^{3+}}$不会沉淀。<eoa> |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| wenxinyiyan | 【解析】(1)该电池的正极发生还原反应，根据原电池原理，正极反应式为$MnO_{2} + H^{+} + e^{-}═MnOOH$；负极发生的电极反应式为$Zn - 2e^{-} = Zn^{2 +}$，电池反应的离子方程式为$Zn + 2MnO_{2} + 2H^{+}═Zn^{2 +} + 2MnOOH$。 (2)持续电流强度为$0.5A$，电池工作五分钟，理论消耗锌的质量为$m = \frac{0.5A \times 300s}{96500C/mol} \times 65g/mol = 0.1g$。 (3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有$ZnCl_{2}$和$NH_{4}Cl$，两者可以通过加热浓缩、冷却结晶分离回收。滤渣的主要成分是$MnO_{2}$、$C$和$NH_{4}Cl$。欲从中得到较纯的$MnO_{2}$，最简便的方法是在空气中加热，其原理是碳粉与空气中的氧气反应生成二氧化碳气体，氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢气体。 (4)用废电池的锌皮制作$ZnSO_{4} \cdot 7H_{2}O$的过程中，需除去铁皮中的少量杂质铁，其方法是：加入稀$H_{2}SO_{4}$和$H_{2}O_{2}$，溶解，铁变为$Fe^{3 +}$，加碱调节$pH$为2.7时，铁刚好沉淀完全。继续加碱调节$pH$为6时，锌开始沉淀。若上述过程不加$H_{2}O_{2}$的后果是$Zn^{2 +}$和$Fe^{2 +}$分离不开，原因是$Zn(OH)_{2}$和$Fe(OH)_{2}$的$K_{sp}$相近。 【答案】(1)$MnO_{2} + H^{+} + e^{-}═MnOOH$；$Zn + 2MnO_{2} + 2H^{+}═Zn^{2 +} + 2MnOOH$ (2)$0.1g$ (3)加热浓缩、冷却结晶；C；$NH_{4}Cl$；在空气中加热；碳粉与空气中的氧气反应生成二氧化碳气体，氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢气体 (4)$Fe^{3 +}$；2.7；6；$Zn^{2 +}$和$Fe^{2 +}$分离不开；$Zn(OH)_{2}$和$Fe(OH)_{2}$的$K_{sp}$相近 |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| zhipu | (1)【解析】 在酸性锌锰干电池中，正极反应涉及二氧化锰（MnO₂）的还原。放电过程中，MnO₂被还原为MnOOH。电极反应可以表示为： \[ \mathrm{MnO}_2 + \mathrm{H}^+ + \mathrm{e}^- \rightarrow \mathrm{MnOOH} \] 电池的总反应是正极和负极反应的综合。负极反应是锌的氧化： \[ \mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{e}^- \] 将正极和负极反应结合，并确保电子守恒，可以得到电池的总反应离子方程式： \[ \mathrm{Zn} + 2\mathrm{MnO}_2 + 2\mathrm{H}^+ \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{MnOOH} \] <eoe> 【答案】 正极反应式为：\[ \mathrm{MnO}_2 + \mathrm{H}^+ + \mathrm{e}^- \rightarrow \mathrm{MnOOH} \] 电池反应的离子方程式为：\[ \mathrm{Zn} + 2\mathrm{MnO}_2 + 2\mathrm{H}^+ \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{MnOOH} \] <eoa> (2)【解析】 首先计算电池工作五分钟内通过的电荷量： \[ Q = I \times t = 0.5 \mathrm{~A} \times 5 \mathrm{~min} \times 60 \mathrm{~s/min} = 150 \mathrm{~C} \] 根据法拉第电解定律，电荷量与物质的量的关系为： \[ Q = n \times F \] 其中，\( n \) 是锌的物质的量，\( F \) 是法拉第常数（96500 C/mol）。 所以锌的物质的量为： \[ n = \frac{Q}{F} = \frac{150 \mathrm{~C}}{96500 \mathrm{~C/mol}} \approx 1.55 \times 10^{-3} \mathrm{~mol} \] 锌的摩尔质量为65.38 g/mol，因此消耗的锌的质量为： \[ m = n \times M = 1.55 \times 10^{-3} \mathrm{~mol} \times 65.38 \mathrm{~g/mol} \approx 0.101 \mathrm{~g} \] <eoe> 【答案】 0.101 g <eoa> (3)【解析】 废电池糊状填充物加水处理后，氯化锌（ZnCl₂）和氯化铵（NH₄Cl）溶解在水中，而二氧化锰（MnO₂）不溶于水，因此可以通过过滤分离。滤液中主要含有ZnCl₂和NH₄Cl。 ZnCl₂和NH₄Cl的溶解度随温度变化不同，可以通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离回收。冷却时，NH₄Cl的溶解度较低，会先结晶析出。 滤渣的主要成分是MnO₂和未反应的碳粉。 欲得到较纯的MnO₂，最简便的方法是加热灼烧，使碳粉氧化成二氧化碳气体逸出，剩下纯净的MnO₂。 <eoe> 【答案】 滤液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，两者可以通过加热浓缩、冷却结晶分离回收。滤渣的主要成分是MnO₂和碳粉。欲从中得到较纯的MnO₂，最简便的方法是加热灼烧，其原理是碳粉在加热条件下氧化成CO₂气体逸出。 <eoa> (4)【解析】 在用废电池的锌皮制作ZnSO₄·7H₂O的过程中，需要除去铁杂质。加入稀H₂SO₄和H₂O₂，H₂O₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺： \[ \mathrm{Fe}^{2+} + \mathrm{H}_2\mathrm{O}_2 + \mathrm{H}^+ \rightarrow \mathrm{Fe}^{3+} + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O} \] Fe³⁺的氢氧化物（Fe(OH)₃）的溶度积（K_sp）远小于Fe²⁺的氢氧化物（Fe(OH)₂），因此更容易沉淀。 根据溶度积计算，Fe³⁺沉淀完全时的pH： \[ \mathrm{Fe}^{3+} + 3\mathrm{OH}^- \rightarrow \mathrm{Fe(OH)}_3 \] \[ K_{sp} = [\mathrm{Fe}^{3+}][\mathrm{OH}^-]^3 \] \[ 10^{-39} = 10^{-5} \times [\mathrm{OH}^-]^3 \] \[ [\mathrm{OH}^-] = 10^{-11} \] \[ \mathrm{pOH} = 11 \] \[ \mathrm{pH} = 14 - 11 = 3 \] Zn²⁺开始沉淀时的pH： \[ \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{OH}^- \rightarrow \mathrm{Zn(OH)}_2 \] \[ K_{sp} = [\mathrm{Zn}^{2+}][\mathrm{OH}^-]^2 \] \[ 10^{-17} = 0.1 \times [\mathrm{OH}^-]^2 \] \[ [\mathrm{OH}^-] = 10^{-8} \] \[ \mathrm{pOH} = 8 \] \[ \mathrm{pH} = 14 - 8 = 6 \] 若不加H₂O₂，Fe²⁺难以完全沉淀，因为Fe(OH)₂的溶度积较大，不易沉淀完全。 <eoe> 【答案】 加入稀H₂SO₄和H₂O₂，铁变为Fe³⁺。加碱调节pH为3时，铁刚好沉淀完全。继续加碱调节pH为6时，锌开始沉淀。若上述过程不加H₂O₂的后果是铁不能完全沉淀，原因是Fe²⁺的氢氧化物溶度积较大，不易沉淀完全。 <eoa> |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| gpto1 | (1)【解析】 酸性锌锰干电池的负极（即电池的外壳）是锌，发生氧化反应： $$\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{e}^{-}$$ 正极（即电池的中心）是二氧化锰，发生还原反应，放电过程中产生$\mathrm{MnOOH}$，其反应为： $$\mathrm{MnO}_{2} + \mathrm{NH}_{4}^{+} + \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{MnOOH} + \mathrm{NH}_{3}$$ 为了配平电子数，正极反应乘以$2$，然后将正、负极反应相加，得到电池反应的离子方程式： $$\mathrm{Zn} + 2\mathrm{MnO}_{2} + 2\mathrm{NH}_{4}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{MnOOH} + 2\mathrm{NH}_{3}$$ <eoe> 【答案】 (1) 正极反应式：$\mathrm{MnO}_{2} + \mathrm{NH}_{4}^{+} + \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{MnOOH} + \mathrm{NH}_{3}$ 电池反应的离子方程式：$\mathrm{Zn} + 2\mathrm{MnO}_{2} + 2\mathrm{NH}_{4}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{MnOOH} + 2\mathrm{NH}_{3}$ <eoa> (2)【解析】 首先计算电池工作时通过的电量： $$Q = I \times t = 0.5\,\mathrm{A} \times 5\,\mathrm{min} \times 60\,\mathrm{s/min} = 150\,\mathrm{C}$$ 根据法拉第电解定律，转移的电子的物质的量为： $$n(\mathrm{e}^{-}) = \frac{Q}{F} = \frac{150\,\mathrm{C}}{96500\,\mathrm{C/mol}} \approx 0.001556\,\mathrm{mol}$$ 锌在负极的氧化反应为： $$\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\mathrm{e}^{-}$$ 所以消耗的锌的物质的量为： $$n(\mathrm{Zn}) = \frac{n(\mathrm{e}^{-})}{2} = \frac{0.001556\,\mathrm{mol}}{2} = 0.000778\,\mathrm{mol}$$ 锌的摩尔质量为$65.4\,\mathrm{g/mol}$，因此消耗的锌的质量为： $$m(\mathrm{Zn}) = n(\mathrm{Zn}) \times M(\mathrm{Zn}) = 0.000778\,\mathrm{mol} \times 65.4\,\mathrm{g/mol} \approx 0.0509\,\mathrm{g}$$ <eoe> 【答案】 (2) $0.0509\,\mathrm{g}$ <eoa> (3)【解析】 在废电池的糊状填充物中，加入水处理后，ZnCl$_2$和NH$_4$Cl溶解于水中，滤液中主要成分为ZnCl$_2$和NH$_4$Cl。根据表中数据，ZnCl$_2$的溶解度远大于NH$_4$Cl，可利用两者的溶解度差，通过蒸发结晶或冷却结晶的方法分离回收。 滤渣中主要成分是MnO$_2$、MnOOH和碳粉。 为了从滤渣中得到较纯的MnO$_2$，最简便的方法是将滤渣进行高温灼烧。原理是MnOOH在高温下分解生成MnO$_2$和水，碳粉在高温下燃烧生成CO$_2$气体，从而除去杂质，得到较纯的MnO$_2$。 化学反应方程式： $$\mathrm{MnOOH} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{MnO}_{2} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$$ $$\mathrm{C} + \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2}\uparrow$$ <eoe> 【答案】 (3) 两者可以通过 **结晶法** 分离回收 滤渣的主要成分是 **MnO$_2$**、**MnOOH** 和 **碳粉** 欲从中得到较纯的 MnO$_2$，最简便的方法是 **高温灼烧** 其原理是 **MnOOH 分解生成 MnO$_2$，碳粉在高温下燃烧生成 CO$_2$ 气体** <eoa> (4)【解析】 在用废电池的锌皮制作 ZnSO$_4\cdot$7H$_2$O 的过程中，加入稀 H$_2$SO$_4$ 和 H$_2$O$_2$，锌和铁都溶解，H$_2$O$_2$ 将 Fe$^{2+}$ 氧化为 Fe$^{3+}$： $$\mathrm{Fe} + \frac{1}{2}\mathrm{O}_{2} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4} \rightarrow \mathrm{Fe}^{3+} + \mathrm{SO}_{4}^{2-} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$$ 调节 pH，使 Fe$^{3+}$ 刚好沉淀完全。根据 Fe(OH)$_3$ 的 K$_{sp}$ 计算： $$K_{sp}\left[\mathrm{Fe(OH)}_{3}\right] = [\mathrm{Fe}^{3+}][\mathrm{OH}^{-}]^{3} = 1 \times 10^{-39}$$ 当 [Fe$^{3+}$] = $1 \times 10^{-5}$ mol·L$^{-1}$ 时： $$[\mathrm{OH}^{-}]^{3} = \frac{1 \times 10^{-39}}{1 \times 10^{-5}} = 1 \times 10^{-34}$$ $$[\mathrm{OH}^{-}] = (1 \times 10^{-34})^{1/3} = 1 \times 10^{-11.33}\,\mathrm{mol\cdot L}^{-1}$$ $$\mathrm{pOH} = -\log [\mathrm{OH}^{-}] = 11.33$$ $$\mathrm{pH} = 14 - \mathrm{pOH} = 2.67$$ 同样地，计算 Zn(OH)$_2$ 开始沉淀时的 pH： $$K_{sp}\left[\mathrm{Zn(OH)}_{2}\right] = [\mathrm{Zn}^{2+}][\mathrm{OH}^{-}]^{2} = 1 \times 10^{-17}$$ 当 [Zn$^{2+}$] = 0.1 mol·L$^{-1}$ 时： $$[\mathrm{OH}^{-}]^{2} = \frac{1 \times 10^{-17}}{0.1} = 1 \times 10^{-16}$$ $$[\mathrm{OH}^{-}] = (1 \times 10^{-16})^{1/2} = 1 \times 10^{-8}\,\mathrm{mol\cdot L}^{-1}$$ $$\mathrm{pOH} = -\log [\mathrm{OH}^{-}] = 8$$ $$\mathrm{pH} = 14 - \mathrm{pOH} = 6$$ 若不加入 H$_2$O$_2$，铁以 Fe$^{2+}$ 的形式存在。Fe(OH)$_2$ 的 K$_{sp}$ 与 Zn(OH)$_2$ 相近，同样计算可知 Fe$^{2+}$ 沉淀的 pH 与 Zn$^{2+}$ 接近，无法在锌开始沉淀前将铁完全沉淀，导致铁和锌不能有效分离，影响产品纯度。 <eoe> 【答案】 (4) 铁变为 **Fe$^{3+}$** 加碱调节 pH 为 **2.67** 时，铁刚好沉淀完全 继续加碱调节 pH 为 **6** 时，锌开始沉淀 若上述过程不加 H$_2$O$_2$ 的后果是 **铁不能与锌有效分离，锌盐中含有铁杂质** 原因是 **未加 H$_2$O$_2$ 时，铁以 Fe$^{2+}$ 形式存在，Fe$^{2+}$ 的沉淀 pH 与 Zn$^{2+}$ 相近，无法在较低 pH 下将铁完全沉淀而不影响锌** <eoa> |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |
| deepseekv3 | (1)【解析】 该电池的正极反应式为：\(\mathrm{MnO_{2} + H_{2}O + e^{-} \rightarrow MnOOH + OH^{-}}\)。 电池反应的离子方程式为：\(\mathrm{Zn + 2MnO_{2} + 2H_{2}O \rightarrow Zn(OH)_{2} + 2MnOOH}\)。 <eoe> 【答案】 正极反应式：\(\mathrm{MnO_{2} + H_{2}O + e^{-} \rightarrow MnOOH + OH^{-}}\) 电池反应的离子方程式：\(\mathrm{Zn + 2MnO_{2} + 2H_{2}O \rightarrow Zn(OH)_{2} + 2MnOOH}\) <eoa> (2)【解析】 已知电流强度 \(I = 0.5 \, \text{A}\)，时间 \(t = 5 \, \text{分钟} = 300 \, \text{秒}\)，法拉第常数 \(F = 96500 \, \text{C/mol}\)。 首先计算总电荷量 \(Q\)： \[ Q = I \times t = 0.5 \, \text{A} \times 300 \, \text{s} = 150 \, \text{C} \] 锌的摩尔质量为 \(65.38 \, \text{g/mol}\)，根据法拉第定律，消耗的锌的物质的量 \(n\) 为： \[ n = \frac{Q}{2F} = \frac{150 \, \text{C}}{2 \times 96500 \, \text{C/mol}} \approx 0.000777 \, \text{mol} \] 消耗的锌的质量 \(m\) 为： \[ m = n \times \text{摩尔质量} = 0.000777 \, \text{mol} \times 65.38 \, \text{g/mol} \approx 0.0508 \, \text{g} \] <eoe> 【答案】 理论消耗锌的质量为 \(0.0508 \, \text{g}\)。 <eoa> (3)【解析】 滤液中主要含有 \(\mathrm{ZnCl_{2}}\) 和 \(\mathrm{NH_{4}Cl}\)，可以通过蒸发结晶分离回收。 滤渣的主要成分是 \(\mathrm{MnO_{2}}\)、\(\mathrm{Zn(OH)_{2}}\) 和 \(\mathrm{MnOOH}\)。 欲从中得到较纯的 \(\mathrm{MnO_{2}}\)，最简便的方法是加热焙烧，其原理是 \(\mathrm{MnOOH}\) 在加热条件下分解生成 \(\mathrm{MnO_{2}}\)。 <eoe> 【答案】 滤液中 \(\mathrm{ZnCl_{2}}\) 和 \(\mathrm{NH_{4}Cl}\) 可以通过蒸发结晶分离回收。 滤渣的主要成分是 \(\mathrm{MnO_{2}}\)、\(\mathrm{Zn(OH)_{2}}\) 和 \(\mathrm{MnOOH}\)。 得到较纯的 \(\mathrm{MnO_{2}}\) 的最简便方法是加热焙烧，原理是 \(\mathrm{MnOOH}\) 在加热条件下分解生成 \(\mathrm{MnO_{2}}\)。 <eoa> (4)【解析】 加入稀 \(\mathrm{H_{2}SO_{4}}\) 和 \(\mathrm{H_{2}O_{2}}\) 后，铁被氧化为 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)。 调节 \(\mathrm{pH}\) 为 2.8 时，\(\mathrm{Fe^{3+}}\) 刚好沉淀完全（\(\mathrm{Fe(OH)_{3}}\) 的 \(\mathrm{K_{sp}} = 10^{-39}\)）。 继续调节 \(\mathrm{pH}\) 为 6 时，\(\mathrm{Zn^{2+}}\) 开始沉淀（\(\mathrm{Zn(OH)_{2}}\) 的 \(\mathrm{K_{sp}} = 10^{-17}\)，\(\mathrm{Zn^{2+}}\) 浓度为 \(0.1 \, \text{mol/L}\)）。 若不加 \(\mathrm{H_{2}O_{2}}\)，铁会以 \(\mathrm{Fe^{2+}}\) 形式存在，其 \(\mathrm{Fe(OH)_{2}}\) 的 \(\mathrm{K_{sp}} = 10^{-17}\)，与 \(\mathrm{Zn(OH)_{2}}\) 的 \(\mathrm{K_{sp}}\) 相近，难以分离。 <eoe> 【答案】 加入稀 \(\mathrm{H_{2}SO_{4}}\) 和 \(\mathrm{H_{2}O_{2}}\) 后，铁变为 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)。 调节 \(\mathrm{pH}\) 为 2.8 时，铁刚好沉淀完全。 继续调节 \(\mathrm{pH}\) 为 6 时，锌开始沉淀。 若不加 \(\mathrm{H_{2}O_{2}}\)，铁会以 \(\mathrm{Fe^{2+}}\) 形式存在，难以与锌分离，原因是 \(\mathrm{Fe(OH)_{2}}\) 和 \(\mathrm{Zn(OH)_{2}}\) 的 \(\mathrm{K_{sp}}\) 相近。 <eoa> |
（1） $\mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{e}^{-}=\mathrm{MnOOH} ; 2 \mathrm{MnO}_{2}+\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{MnOOH}^{+} \mathrm{Zn}^{2+}$; （2） 0.05 ; （3） 加热浓缩; 冷却结晶; 碳粉; $\mathrm{MnOOH}$; 空气中加热; 碳粉转变为二氧化碳, $\mathrm{MnOOH}$ 氧化为二氧化 锰; （4） $\mathrm{Fe}^{3+} ; 2.7 ; 6 ; \mathrm{Zn}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 分离不开; $\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} 、 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}$ 的 $\mathrm{Ksp}$ 相近。 |