Question

2．污染物的有效去除和資源的充分利用是化學造福人類的重要研究課題．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，通過如下簡化流程既脫除燃煤尾氣中的SO₂，又制得電池材料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，實驗室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．（只用文字表述）
（3）已知K_sp（CuS）=1.3×10^-36，K_sp（NiS）=1.0×10^-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9.3×10^-18mol/L．
（4）工業(yè)上采用電解K₂MnO₄水溶液的方法來生產(chǎn)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）廢氣中SO₂與稀硫酸酸化的軟錳礦反應的化學方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄；已知廢氣中SO₂濃度為6.4g/m³，軟錳礦漿對SO₂的吸收率可達90%，則處理1000m³燃煤尾氣，可得到硫酸錳晶體（MnSO₄•H₂O，相對分子質(zhì)量為169）質(zhì)量為15.2kg（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 由流程可知，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(zhì)，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）過濾需要漏斗、燒杯、玻璃棒等，玻璃棒起引流作用；
（2）從消耗溶液中的酸，促進Al³⁺和Fe³⁺水解角度分析；
（3）當Ni²⁺恰好完全沉淀 （此時溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），c（S^2-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$，結(jié)合K_sp（CuS）計算溶液中Cu²⁺的濃度；
（4）惰性電極作陽極，鐵作陰極，則陽極上失去電子發(fā)生氧化反應；
（5）準確測定一定體積燃煤尾氣中SO₂含量，利用其還原性及明顯的反應現(xiàn)象分析；
（6）SO₂與稀硫酸酸化的軟錳礦發(fā)生氧化還原反應生成硫酸錳；結(jié)合硫原子守恒可知，被吸收的SO₂的物質(zhì)的量等于硫酸錳晶體的物質(zhì)的量．

解答 解：由流程可知，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(zhì)，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）過濾需要漏斗、燒杯、玻璃棒等，過濾中玻璃棒的作用為引流，防止液體濺出，
故答案為：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-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$=$\frac{1.4×10{\;}^{-24}}{1×10{\;}^{-5}}$=1.4×10^-19，由K_sp（CuS）可知溶液中Cu²⁺的濃度為$\frac{1.3×10{\;}^{-36}}{1.4×1{0}^{-19}}$=9.3×10^-18mol/L，
故答案為：9.3×10^-18；
（4）惰性電極作陽極，鐵作陰極，則陽極上失去電子發(fā)生氧化反應，則陽極反應為MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，
故答案為：MnO₄^2--e^-═MnO₄^-；
（5）準確測定一定體積燃煤尾氣中SO₂含量，二氧化硫與氨水、NaOH反應不易控制，且加指示劑現(xiàn)象觀察的滴定終點與反應終點誤差大，而b、c中利用還原性及高錳酸鉀褪色、淀粉變藍等可準確測定氣體的含量，
故答案為：bc；
（6）SO₂與稀硫酸酸化的軟錳礦發(fā)生氧化還原反應生成硫酸錳，反應方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄，由硫原子守恒，被吸收的SO₂的物質(zhì)的量等于硫酸錳晶體的物質(zhì)的量，則硫酸錳晶體的質(zhì)量為$\frac{1000m{\;}^{3}×6.4g/m{\;}^{3}×90%}{64g/mol}$×169g/mol≈15.2kg，
故答案為：SO₂+MnO₂=MnSO₄； 15.2．

點評 本題以物質(zhì)的制備實驗考查混合物分離提純的綜合應用，為高頻考點，涉及氧化還原反應、鹽類水解、溶度積計算、原子守恒計算等，把握流程分析及混合物分離方法、發(fā)生的反應為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗、計算能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．