Question

17．污染物的有效去除和資源的充分利用是化學(xué)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(yīng)條件已省略）．

請回答下列問題：
（1）上述流程脫硫?qū)崿F(xiàn)了ac（選填編號）．
a．廢棄物的綜合利用     b．白色污染的減少 c．酸雨的減少      d．臭氧層空洞的減少
（2）步驟I生成無水MnSO₄的化學(xué)方程式是MnO₂+SO₂=MnSO₄．
步驟IV生成無水MnO₂的化學(xué)方程式是2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=K₂SO₄+5MnO₂+2H₂SO₄．
（3）步驟I中，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，其原因是消耗溶液中的酸，促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀．濾渣M的成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃．銅元素以CuS形式存在于濾渣N中．（寫化學(xué)式）
（4）產(chǎn)品MnO₂可作超級電容材料．用惰性電極電解MnSO₄溶液可以制得MnO₂，則MnO₂在陽極生成．（填電極名稱）
（5）假設(shè)脫除的SO₂只與軟錳礦漿中MnO₂反應(yīng)．按照圖示流程，將2.0 m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）含SO₂的體積分?jǐn)?shù)為60%的尾氣通入礦漿，若SO₂的脫除率為89.6%，最終得到MnO₂的質(zhì)量10.44kg．則在除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)的過程中，所引入的錳元素為1.32kg．

Answer 1

分析 二氧化硫能與二氧化錳反應(yīng)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(yīng)生成二氧化錳，通過過濾獲得二氧化錳，
（1）SO₂能形成酸雨，因此脫硫?qū)崿F(xiàn)了廢棄物的綜合利用，同時(shí)也減少了酸雨形成；
（2）步驟I生成無水MnSO₄的反應(yīng)為二氧化錳和二氧化硫發(fā)生反應(yīng)生成，步驟IV生成無水MnO₂的反應(yīng)是高錳酸鉀在水溶液中氧化錳離子為二氧化錳；
（3）從消耗溶液中的酸，促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解角度分析，生成氫氧化物沉淀，所以濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，銅離子會和硫離子生成更難溶的硫化銅；
（4）錳離子在陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（5）SO₂+MnO₂=MnSO₄，根據(jù)方程式結(jié)合元素守恒解題．

解答 解：二氧化硫能與二氧化錳反應(yīng)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(yīng)生成二氧化錳，通過過濾獲得二氧化錳，
（1）白色污染主要是塑料等難降解的物質(zhì)形成的，SO₂能形成酸雨，因此脫硫?qū)崿F(xiàn)了廢棄物的綜合利用，同時(shí)也減少了酸雨形成，所以ac正確，
故答案為：ac；
（2）步驟I生成無水MnSO₄的反應(yīng)為二氧化錳和二氧化硫發(fā)生反應(yīng)生成，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MnO₂+SO₂=MnSO₄，步驟IV生成無水MnO₂的反應(yīng)是高錳酸鉀在水溶液中氧化錳離子為二氧化錳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=K₂SO₄+5MnO₂+2H₂SO₄，
故答案為：MnO₂+SO₂=MnSO₄；2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=K₂SO₄+5MnO₂+2H₂SO₄；
（3）（3）由于碳酸錳能消耗溶液中的酸，降低溶液的酸性，從而促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀，所以濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，銅離子會和硫離子生成更難溶的硫化銅，
故答案為：消耗溶液中的酸，促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀；Al（OH）₃、Fe（OH）₃；CuS；
（4）錳離子在陽極失電子：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，則MnO₂在陽極上生成，故答案為：陽極；
（5）反應(yīng)的二氧化硫的物質(zhì)的量為 $\frac{2.0×1000}{22.4}$×60%×89.6%=48mol，
根據(jù)SO₂+MnO₂=MnSO₄可知生成硫酸錳的物質(zhì)的量為48mol，最終生成的二氧化錳為10.44kg，設(shè)消耗硫酸錳的物質(zhì)的量為x．
2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂+2H₂SO₄+K₂SO₄
       3            87×5
       x            10440g
x=72mol
除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)時(shí)，所引入的錳元素（72mol-48mol）=24mol，
相當(dāng)于Mn元素的質(zhì)量=24mol×55g/mol=1320g=1.32kg，
故答案為：1.32．

點(diǎn)評 本題通過二氧化錳的制備，考查了物質(zhì)的分離、提純方法及其綜合應(yīng)用，題目難度中等，明確制備原理為解答關(guān)鍵，注意掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法及物質(zhì)的分離、提純方法，試題充分培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>