Question

14．某研究小組利用軟錳礦（主要成分為MnO₂，另含有少量鐵、鋁、銅、鎳等金屬化合物）作脫硫劑，通過如下簡化流程脫除燃煤尾氣中的SO₂，同時制得電池材料MnO₂（反應條件已省略）．

請回答下列問題；
（1）上述流程中多次涉及到過濾操作，實驗進行過濾操作時需要用到的硅酸鹽儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗；其中玻璃棒的作用是引流，防止液體濺出．
（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al³⁺和Fe³⁺，其原理是消耗溶液中的酸，促進Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀．
（3）已知K_sp（CuS）=8.4×10^-45，K_sp（NiS）=1.4×10^-24；在除銅鎳的過程中，當Ni²⁺恰好完全沉淀（此時溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），溶液中Cu²⁺的濃度是6.0×10^-26mol/L．
（4）工業采用電解K₂MnO₄水溶液的方法來生產KMnO₄，其中惰性電極作陽極，鐵作陰極，請寫出陽極的電極反應式MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
（5）下列各組試劑中，能準確測定一定體積燃煤尾氣中SO₂含量的是bc（填編號）
a．NaOH溶液、酚酞試液    
b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液
c．碘水、淀粉溶液        
d．氨水、酚酞試液
（6）除雜后得到的MnSO₄溶液可以通過bca制得硫酸錳晶體．（MnSO₄•H₂O，相對分子質量為169）
    a．過濾     b．蒸發濃縮     c．冷卻結晶    d．灼燒   e．干燥
（7）已知廢氣中SO₂濃度為8.4g/m³，軟錳礦漿對SO₂的吸收率可以達90%，則處理1000m³燒煤尾氣，可得硫酸錳晶體質量為20.0kg（結果保留3位有效數字）

Answer 1

分析 二氧化硫能與二氧化錳反應生成硫酸錳，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，MnS將銅、鎳離子還原為單質，高錳酸鉀能與硫酸錳反應生成二氧化錳，通過過濾獲得二氧化錳．
（1）過濾操作時需要用到的硅酸鹽儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗，玻璃棒起引流作用，防止液體濺出；
（2）由于碳酸錳能消耗溶液中的酸，從而促進Al³⁺和Fe³⁺水解；
（3）根據c（S^2-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（N{i}^{2+}）}$計算溶液中c（S^2-），再根據K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S^2-）計算計算溶液中Cu²⁺的濃度；
（4）隋性電極作陽極，鐵作陰極，陽極上發生氧化反應，陽極上是MnO₄^2-失去電子生成MnO₄^-；
（5）進行定量測定尾氣中二氧化硫的含量，由于吸收二氧化硫的試劑，與二氧化硫反應現象明顯，便于反應終點的判斷；
（6）由溶液得到晶體，應采取蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾得到晶體；
（7）結合硫原子守恒可知，被吸收的SO₂的物質的量等于硫酸錳晶體的物質的量，進而計算硫酸錳晶體質量．

解答 解：二氧化硫能與二氧化錳反應生成硫酸錳，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，MnS將銅、鎳離子還原為單質，高錳酸鉀能與硫酸錳反應生成二氧化錳，通過過濾獲得二氧化錳．
（1）過濾操作時需要用到的硅酸鹽儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗，玻璃棒起引流作用，防止液體濺出；
故答案為：燒杯、漏斗；引流，防止液體濺出；
（2）由于碳酸錳能消耗溶液中的酸，降低溶液的酸性，從而促進Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀，
故答案為：消耗溶液中的酸，促進Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀；
（3）當Ni²⁺恰好完全沉淀 （此時溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），c（S^2-）=$\frac{1.4×1{0}^{-24}}{1×1{0}^{-5}}$mol/L=1.4×10^-19mol/L，
由K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S^2-），可知溶液中Cu²⁺的濃度為$\frac{8.4×1{0}^{-45}}{1.4×1{0}^{-19}}$mol/L=6.0×10^-26mol/L，
故答案為：6.0×10^-26；
（4）隋性電極作陽極，鐵作陰極，陽極上發生氧化反應，陽極上是MnO₄^2-失去電子生成MnO₄^-，陽極的電極反應式為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，
故答案為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
（5）a．用NaOH溶液、酚酞試液吸收二氧化硫，反應生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉溶液呈堿性，溶液顏色變化不明顯，故a錯誤；
b．用稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液吸收二氧化硫，溶液有紫色變為無色，反應完全，可準確測定氣體的含量，故b正確；
c．用碘水、淀粉溶液吸收二氧化硫，溶液有藍色變為無色，反應完全，可準確測定氣體的含量，故c正確；
d．氨水本身易揮發，不宜進行定量測定，且終點判斷誤差較大，故d錯誤，
故選：bc；
（6）除雜后得到的MnSO₄溶液可以通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾得硫酸錳晶體，
故選：bca；
（7）由硫原子守恒，被吸收的SO₂的物質的量等于硫酸錳晶體的物質的量，則硫酸錳晶體的質量為$\frac{1000{m}^{3}×8.4g/{m}^{3}×90%}{64g/mol}$×169g/mol≈2×10⁴g=20.0kg，
故答案為：20.0．

點評 本題以化學工業流程為載體，考查混合物分離提純的綜合應用、溶度積有關計算、電極反應式、實驗方案評價、化學計算等，是對學生綜合能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．