Question

15．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，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO₂，又制得电池材料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，实验室进行过滤操作时需要用到的硅酸盐仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒．
（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al³⁺和Fe²⁺，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）己知K_sp（CuS）=1.2×10^-36，K_sp（NiS）=1.2×10^-21；在除铜镍的过程中，当Ni²⁺沉淀完全时[溶液中c（Ni²⁺）＜1.0×10^-5mo1．L^-1]，此时溶液中Cu²⁺的浓度6.0×10^-26mo1•L^-1．
（4）工业上用铁和石墨为电极，电解K₂MnO₄溶液制取KMnO₄．电解时，应以隋性电极作阳极，阳极电极反应式为MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，电解过程中，阴极附近溶液的pH将会增大（增大、减小、不变）．
（5）工业上用碘-淀粉溶液测定燃煤尾气中SO₂的含量．现有V_amL浓度为cmo1•L^-1的碘-淀粉溶液，取$\frac{1}{10}$去体积的混合溶液，当通入尾气体积为V_bmL（已折算为标准状况）时，溶液蓝色消失．尾气中SO₂的体积百分含量为：$\frac{2.24cV{\;}_{a}}{V{\;}_{b}}$×100%．
（6）除杂后得到的MnSO₄溶液经过：蒸发浓缩、冷却结晶过滤及干燥得硫酸锰晶体（MnSO₄•H₂O）．

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）过滤需要漏斗、烧杯、玻璃棒等；
（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-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$，结合K_sp（CuS）计算溶液中Cu²⁺的浓度；
（4）电解K₂MnO₄溶液制取KMnO₄，要用隋性电极作阳极，铁作阴极，则阳极上K₂MnO₄失去电子发生氧化反应，阴极上是水中的氢离子放电生成氢气，据此分析；
（5）用碘-淀粉溶液测定燃煤尾气中SO₂的含量，根据电子得失守恒有关系式I₂～SO₂，根据消耗碘的物质的量可计算出二氧化硫的体积，进而确定尾气中SO₂的体积百分含量；
（6）由MnSO₄溶液得到MnSO₄•H₂O晶体，应蒸发浓缩、冷却结晶、过滤及干燥．

解答 解：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）过滤需要用到的硅酸盐仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒，
故答案为：漏斗、烧杯、玻璃棒；
（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-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$=$\frac{1.4×10{\;}^{-24}}{1×10{\;}^{-5}}$=1.4×10^-19，由K_sp（CuS）可知溶液中Cu²⁺的浓度为$\frac{8.4×1{0}^{\;}{\;}^{-45}}{1.4×10{\;}^{-19}}$=6.0×10^-26mol/L，
故答案为：6.0×10^-26；
（4）电解K₂MnO₄溶液制取KMnO₄，要用隋性电极作阳极，铁作阴极，则阳极上K₂MnO₄失去电子发生氧化反应，电极反应式为MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，阴极上是水中的氢离子放电生成氢气，所以阴极附近有氢氧根离子产生，溶液的pH将会增大，
故答案为：隋性电极；MnO₄^2--e^-═MnO₄^-；增大；
（5）用碘-淀粉溶液测定燃煤尾气中SO₂的含量，根据电子得失守恒有关系式I₂～SO₂，反应中消耗碘的物质的量为V_aL×10^-3×cmo1•L^-1×$\frac{1}{10}$=cV_a×10^-4mo1，所以二氧化硫的体积为cV_a×10^-4mo1×22.4L/mol=22.4cV_a×10^-4L=2.24cV_amL，所以尾气中SO₂的体积百分含量为$\frac{2.24cV{\;}_{a}mL}{V{\;}_{b}mL}$×100%=$\frac{2.24cV{\;}_{a}}{V{\;}_{b}}$×100%，
故答案为：$\frac{2.24cV{\;}_{a}}{V{\;}_{b}}$×100%；
（6）由MnSO₄溶液得到MnSO₄•H₂O晶体，应蒸发浓缩、冷却结晶、过滤及干燥，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶．

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．