Question

14．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，同时制得电池材料MnO₂（反应条件已省略）．

请回答下列问题；
（1）上述流程中多次涉及到过滤操作，实验进行过滤操作时需要用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗；其中玻璃棒的作用是引流，防止液体溅出．
（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^-5mol/L），溶液中Cu²⁺的浓度是6.0×10^-26mol/L．
（4）工业采用电解K₂MnO₄水溶液的方法来生产KMnO₄，其中惰性电极作阳极，铁作阴极，请写出阳极的电极反应式MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
（5）下列各组试剂中，能准确测定一定体积燃煤尾气中SO₂含量的是bc（填编号）
a．NaOH溶液、酚酞试液    
b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液
c．碘水、淀粉溶液        
d．氨水、酚酞试液
（6）除杂后得到的MnSO₄溶液可以通过bca制得硫酸锰晶体．（MnSO₄•H₂O，相对分子质量为169）
    a．过滤     b．蒸发浓缩     c．冷却结晶    d．灼烧   e．干燥
（7）已知废气中SO₂浓度为8.4g/m³，软锰矿浆对SO₂的吸收率可以达90%，则处理1000m³烧煤尾气，可得硫酸锰晶体质量为20.0kg（结果保留3位有效数字）

Answer 1

分析 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）过滤操作时需要用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗，玻璃棒起引流作用，防止液体溅出；
（2）由于碳酸锰能消耗溶液中的酸，从而促进Al³⁺和Fe³⁺水解；
（3）根据c（S^2-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（N{i}^{2+}）}$计算溶液中c（S^2-），再根据K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S^2-）计算计算溶液中Cu²⁺的浓度；
（4）隋性电极作阳极，铁作阴极，阳极上发生氧化反应，阳极上是MnO₄^2-失去电子生成MnO₄^-；
（5）进行定量测定尾气中二氧化硫的含量，由于吸收二氧化硫的试剂，与二氧化硫反应现象明显，便于反应终点的判断；
（6）由溶液得到晶体，应采取蒸发浓缩、冷却结晶，过滤得到晶体；
（7）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，进而计算硫酸锰晶体质量．

解答 解：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）过滤操作时需要用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗，玻璃棒起引流作用，防止液体溅出；
故答案为：烧杯、漏斗；引流，防止液体溅出；
（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：消耗溶液中的酸，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-）=$\frac{1.4×1{0}^{-24}}{1×1{0}^{-5}}$mol/L=1.4×10^-19mol/L，
由K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S^2-），可知溶液中Cu²⁺的浓度为$\frac{8.4×1{0}^{-45}}{1.4×1{0}^{-19}}$mol/L=6.0×10^-26mol/L，
故答案为：6.0×10^-26；
（4）隋性电极作阳极，铁作阴极，阳极上发生氧化反应，阳极上是MnO₄^2-失去电子生成MnO₄^-，阳极的电极反应式为：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，
故答案为：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
（5）a．用NaOH溶液、酚酞试液吸收二氧化硫，反应生成亚硫酸钠，亚硫酸钠溶液呈碱性，溶液颜色变化不明显，故a错误；
b．用稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液吸收二氧化硫，溶液有紫色变为无色，反应完全，可准确测定气体的含量，故b正确；
c．用碘水、淀粉溶液吸收二氧化硫，溶液有蓝色变为无色，反应完全，可准确测定气体的含量，故c正确；
d．氨水本身易挥发，不宜进行定量测定，且终点判断误差较大，故d错误，
故选：bc；
（6）除杂后得到的MnSO₄溶液可以通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得硫酸锰晶体，
故选：bca；
（7）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$\frac{1000{m}^{3}×8.4g/{m}^{3}×90%}{64g/mol}$×169g/mol≈2×10⁴g=20.0kg，
故答案为：20.0．

点评 本题以化学工业流程为载体，考查混合物分离提纯的综合应用、溶度积有关计算、电极反应式、实验方案评价、化学计算等，是对学生综合能力的考查，综合性较强，题目难度中等．