Question

7．某研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO₂，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程脱除燃煤尾气中的SO₂，又制得电池材料MnO₂（反应条件已略去）
请回答下列问题：
（1）上述在处理含SO₂尾气过程中发生的主要离子方程式为MnO₂+SO₂═Mn²⁺+SO₄^2-．
（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al³⁺和Fe³⁺，其原理是Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，MnCO₃消耗溶液中的H⁺，促使水解平衡正向移动，促进Al³⁺和Fe³⁺水解生成氢氧化物沉淀．
（3）已知K_sp（CuS）=8.4×10^-45，K_sp（NiS）=1.4×10^-24；在除铜镍的过程中，当Ni²⁺恰好完全沉淀（此时溶液中c（Ni²⁺ ）=1.0×10^-5 mol•L^-1 ），溶液中Cu²⁺的浓度是6.0×10^-26mol/L．
（4）除杂后得到的MnSO₄溶液可以通过b→c→a→d制得硫酸锰晶体．
a．过滤 b．蒸发浓缩c．冷却结晶 d．干燥
（5）己知废气中SO₂浓度为8.4g/m³，软锰矿浆对SO₂的吸收率可达90%，则处理1000m³燃煤尾气，可得到硫酸锰晶体质量为20.0kg（结果保留3位有效数字）．
（己知：硫酸锰晶体化学式为MnSO₄•H₂O）
（6）酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉，MnO₂，ZnCl₂和NH₄C1等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH．电池的正扱反应式为NH₄⁺+MnO₂+e⁺═NH₃+MnOOH．
（总反应方程式为 Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=ZnCl₂+2MnOOH+2NH₃）

Answer 1

分析 由流程可知，二氧化硫能与二氧化锰反应生成硫酸锰，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，MnS将铜、镍离子还原为单质，高锰酸钾能与硫酸锰反应生成二氧化锰，通过过滤获得二氧化锰．
（1）上述在处理含SO₂尾气是用二氧化锰，反应生成硫酸锰；
（2）从消耗溶液中的酸，促进Al³⁺和Fe³⁺水解角度分析；
（3）当Ni²⁺恰好完全沉淀 （此时溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），c（S^2-）=$\frac{{K}_{sp}（NiS）}{c（N{i}^{2+}）}$，结合K_sp（CuS）计算溶液中Cu²⁺的浓度；
（4）从溶液中获得带结晶水的晶体，一般要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等；
（5）SO₂与稀硫酸酸化的软锰矿发生氧化还原反应生成硫酸锰；结合硫原子守恒可知，被吸收的SO₂的物质的量等于硫酸锰晶体的物质的量；
（6）根据原电池工作原理判断正极发生还原反应，然后根据总反应写出正极的电极反应式．

解答 解：（1）二氧化硫能与二氧化锰反应生成硫酸锰的主要离子方程式为：MnO₂+SO₂═Mn²⁺+SO₄^2-，故答案为：MnO₂+SO₂═Mn²⁺+SO₄^2-；
（2）由于碳酸锰能消耗溶液中的酸，降低溶液的酸性，从而促进Al³⁺和Fe³⁺水解生成氢氧化物沉淀，故答案为：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，MnCO₃消耗溶液中的H⁺，促使水解平衡正向移动，促进Al³⁺和Fe³⁺水解生成氢氧化物沉淀；
（3）当Ni²⁺恰好完全沉淀 （此时溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），c（S^2-）=$\frac{{K}_{sp}（NiS）}{c（N{i}^{2+}）}$=$\frac{1.4×1{0}^{-24}}{1×1{0}^{-5}}$=1.4×10^-19，由K_sp（CuS）可知溶液中Cu²⁺的浓度为$\frac{8.4×1{0}^{-45}}{1.4×1{0}^{-19}}$=6.0×10^-26mol/L，故答案为：6.0×10^-26；
（4）从溶液中获得带结晶水的晶体，一般要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等，故答案为：b；c；a；d；
（5）SO₂与稀硫酸酸化的软锰矿发生氧化还原反应生成硫酸锰，反应方程式为SO₂+MnO₂=MnSO₄，由硫原子守恒，被吸收的SO₂的物质的量等于硫酸锰晶体的物质的量，则硫酸锰晶体的质量为$\frac{1000{m}^{3}×8.4g/{m}^{3}}{64g/mol}$×169g/mol≈20.0kg，故答案为：20.0；
（6）原电池中负极失去电子，正极得到电子，因此酸性锌锰干电池放电时，正极是二氧化锰得到电子，则电极反应式为：NH₄⁺+MnO₂+e⁺═NH₃+MnOOH，
故答案为：NH₄⁺+MnO₂+e⁺═NH₃+MnOOH．

点评 本题以物质的制备实验考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，涉及氧化还原反应、盐类水解、溶度积计算、原子守恒计算等，把握流程分析及混合物分离方法、发生的反应为解答的关键，侧重分析与实验、计算能力的考查，综合性较强，题目难度中等．