Question

1．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）上述流程脫硫實現(xiàn)了AC（選填下列字母編號）．
A．廢棄物的綜合利用   B．白色污染的減少   C．酸雨的減少
（2）用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，其原因是MnCO₃與H⁺反應，促進Al³⁺和Fe³⁺的水解，使Al³⁺和Fe³⁺轉化為沉淀除去．
（3）已知：25℃、101kPa時，
Mn（s）+O₂（g）═MnO₂（s）?△H=-520kJ/mol
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297kJ/mol
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）═MnSO₄（s）△H=-1065kJ/mol
SO₂與MnO₂反應生成無水MnSO₄的熱化學方程式是MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=-248kJ/mol
（4）MnO₂可作超級電容材料．用惰性電極電解MnSO₄溶液可制得MnO₂，其陽極的電極反應式是Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺
（5）假設脫除的SO₂只與軟錳礦漿中MnO₂反應．按照圖示流程，將5m³（標準狀況）含SO₂的體積分數(shù)為3%的尾氣通入礦漿，若SO₂的脫除率為89.6%，最終每得到MnO₂的質量1kg，則除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質時，所引入的錳元素相當于MnO_20.078kg．

Answer 1

分析 由流程可知，軟錳礦（主要成分為MnO₂，另含少量鐵，鋁，銅，鎳等金屬化合物）中通入二氧化硫，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）脫硫能減少酸雨；
（2）MnCO₃消耗溶液中的酸，促進Al³⁺和Fe³⁺水解；
（3）根據蓋斯定律解題，Mn（s）+O₂（g）═MnO₂（s）△H=-520kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297kJ•mol^-1
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）═MnSO₄（s）△H=-1065kJ•mol^-1
將③-②-①可得；
（4）錳離子在陽極失電子生成二氧化錳；
（5）SO₂+MnO₂=MnSO₄，根據方程式結合元素守恒解題，反應的二氧化硫的物質的量為 $\frac{5×1000}{22.4}$×3%×89.6%=mol，根據SO₂+MnO₂=MnSO₄可知生成硫酸錳的物質的量為6mol，最終生成的二氧化錳為1kg．

解答 解：（1）脫硫能減少酸雨和廢物在利用，白色污染的減少是塑料的減少和流程無關，
故答案為：AC；
（2）MnCO₃消耗溶液中的酸，促進Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀，
故答案為：MnCO₃與H⁺反應，促進Al³⁺和Fe³⁺的水解，使Al³⁺和Fe³⁺轉化為沉淀除去；
（3）Mn（s）+O₂（g）═MnO₂（s）△H=-520kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297kJ•mol^-1
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）═MnSO₄（s）△H=-1065kJ•mol^-1
將③-②-①可得MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=-248kJ/mol，
故答案為：MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=-248kJ/mol；
（4）錳離子在陽極失電子：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，
故答案為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
（5）反應的二氧化硫的物質的量為 $\frac{5×1000}{22.4}$×3%×89.6%=6mol，根據SO₂+MnO₂=MnSO₄可知生成硫酸錳的物質的量為6mol，最終生成的二氧化錳為1 kg，設消耗硫酸錳的物質的量為x，
2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂+2H₂SO₄+K₂SO₄
                 3                         87×5
                 x                        1000×1
x=$\frac{3000}{435}$除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質時，所引入的錳元素（$\frac{3000}{435}$-6）mol，
相當于MnO₂的質量（$\frac{3000}{435}$-6）mol×87g/mol=78g=0.078kg，
故答案為：0.078．

點評 本題考查熱化學方程式、原電池、電解池和化學計算等，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，難度中等．