Question

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，另含有少量鐵、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?qū)崿F(xiàn)了____(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能除去溶液中的Al^3＋和Fe^3＋，其原因是________________________________。

(3)已知：25 ℃、101 kPa時，

Mn(s)＋O₂(g)===MnO₂(s)　ΔH＝－520 kJ/mol

S(s)＋O₂(g)===SO₂(g)　ΔH＝－297 kJ/mol

Mn(s)＋S(s)＋2O₂(g)===MnSO₄(s)　

ΔH＝－1065 kJ/mol

SO₂與MnO₂反應生成無水MnSO₄的熱化方程式是____________________________________。

(4)MnO₂可作超級電容器材料。用惰性電極電解MnSO₄溶液可制得MnO₂，其陽極的電極反應式是________________________________。

(5)MnO₂是堿性鋅錳電池的正極材料。堿性鋅錳電池放電時，正極的電極反應式是________________。

(6)假設脫除的SO₂只與軟錳礦漿中的MnO₂反應。按照圖示流程，將a m³(標準狀況)含SO₂的體積分數(shù)為b%的尾氣通入礦漿，若SO₂的脫除率為89.6%，最終得到MnO₂的質(zhì)量為c kg，則除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)時，所引入的錳元素相當于MnO₂________kg。

Answer 1

(1)A、C

(2)消耗溶液中的酸，促進Al^3＋和Fe^3＋水解生成氫氧化物沉淀

(3)MnO₂(s)＋SO₂(g)===MnSO₄(s)

ΔH＝－248 kJ/mol

(4)Mn^2＋＋2H₂O－2e^－===MnO₂＋4H^＋

(5)MnO₂＋H₂O＋e^－===MnO(OH)＋OH^－

(6)

[解析] (1)脫硫的目的是減少產(chǎn)生SO₂，進而減少酸雨的產(chǎn)生，同時可對廢棄物綜合利用。則A、C項符合題意。(2)加入MnCO₃消耗溶液中的H^＋，促使Al^3＋和Fe^3＋的水解平衡正向移動，生成氫氧化物沉淀除去。(3)將已知3個熱化學方程式依次編號為①②③，根據(jù)蓋斯定律，可知：MnO₂(s)＋ SO₂ (g)===MnSO₄(s)　ΔH＝③－(①＋②)＝－248 kJ/mol。(4)電解池中陽極失去電子發(fā)生氧化反應，則用惰性電極電解MnSO₄溶液可制得MnO₂，則陽極是Mn^2＋放電，其陽極電極反應式為Mn^2＋＋2H₂O－2e^－===MnO₂ ＋ 4H^＋。(5)原電池中正極得到電子發(fā)生還原反應，在堿性鋅錳電池放電時，正極是二氧化錳得到電子，則正極電極反應式為MnO₂＋H₂O＋e^－===MnO(OH)＋OH^－。(6)KMnO₄與MnSO₄反應生成MnO₂的質(zhì)量為c kg，根據(jù)氧化還原反應化合價升降法配平的關(guān)系式為：

2KMnO₄＋3MnSO₄～5MnO₂

　　　3 mol　　5 mol

　　　　x　　 mol

求得：x＝ mol(MnSO₄總的物質(zhì)的量)

MnO₂＋　　SO₂　　===　　　　MnSO₄

　　　1 mol　　　　　　　　1 mol

　　 mol　y

求得：y＝0.4ab mol  

除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)時，所引入的錳相當于MnO₂的物質(zhì)的量＝x－y＝ mol－0.4ab mol，則所引入的錳相當于MnO₂的質(zhì)量＝( mol－0.4ab mol)×＝ kg。