Question

【題目】氧錳八面體納米棒(OMS-2)是一種新型的環(huán)保催化劑。用軟錳礦和黃鐵礦（主要成分分別為MnO2、FeS2）合成OMS-2的工藝流程如下：

（1）FeS2中硫元素的化合價(jià)是_________。“調(diào)pH并過濾”主要除去______元素。

（2）Mn12O19中氧元素化合價(jià)均為-2價(jià)，錳元素的化合價(jià)有兩種，則Mn (Ⅲ)、Mn (Ⅳ) 物質(zhì)的量之比為_______________。生產(chǎn)過程中的原料KMnO4、K2S2O8、MnSO4·H2O按物質(zhì)的量比1:1:5反應(yīng)，產(chǎn)物中硫元素全部以SO42-的形式存在，該反應(yīng)的離子方程式為__________________________。

（3）溶液B可進(jìn)一步分離出兩種主要化合物，一種可在該工藝中循環(huán)使用，化學(xué)式是____________；另一種為鹽類，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可用作___________________________。

（4）OMS-2是一種納米級(jí)的分子篩。分別用OMS-2和MnOx對(duì)甲醛進(jìn)行催化氧化，在相同時(shí)間內(nèi)甲醛轉(zhuǎn)化率和溫度的關(guān)系如圖：

由圖可知，OMS-2與MnOx相比，催化效率較高是____________________，原因是________________。

（5）甲醛(HCHO)在OMS-2催化氧化作用下生成CO2和H2O，現(xiàn)利用OMS-2對(duì)某密閉空間的甲醛進(jìn)行催化氧化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，該空間內(nèi)甲醛含量為1.22mg/L，CO2含量為0.590mg/L，一段時(shí)間后測(cè)得CO2含量升高至1.25mg/L，該實(shí)驗(yàn)中甲醛的轉(zhuǎn)化率為_______________________。

Answer 1

【答案】 -1 Fe或鐵 5:1 2MnO4-+ 2S2O82-+10Mn2++11H2O=Mn12O19↓+4SO42-+22H+ H2SO4 化肥 OMS-2 OMS-2 比MnOx表面積大，吸附的反應(yīng)物濃度更高，反應(yīng)速率更快 36.9%

【解析】本題以氧錳八面體納米棒(OMS-2)的合成為載體考查工藝流程圖，意在考查學(xué)生的綜合分析能力。（1）FeS2中鐵元素的化合價(jià)為+2價(jià)，硫元素的化合價(jià)是-1；軟錳礦和黃鐵礦加硫酸浸出，濾液A中含有Fe2+，加入H2O2將Fe2+氧化為Fe3+，調(diào)節(jié)pH將鐵元素除去得到MnSO4·H2O；（2）Mn12O19中氧元素化合價(jià)均為-2價(jià)，設(shè)Mn (Ⅲ)為x個(gè)，則Mn (Ⅳ)為12-x，根據(jù)化合物中元素化合價(jià)代數(shù)和為0，即得3x+4(12-x)=2×19,x為10，Mn (Ⅳ)為2，Mn (Ⅲ)、Mn (Ⅳ) 物質(zhì)的量之比為5:1；根據(jù)題意生產(chǎn)過程中的原料KMnO4、K2S2O8、MnSO4·H2O按物質(zhì)的量比1:1:5反應(yīng)，產(chǎn)物中硫元素全部以SO42-的形式存在，該反應(yīng)的離子方程式為2MnO4-+ 2S2O82-+10Mn2++11H2O=Mn12O19↓+4SO42-+22H+；（3）根據(jù)反應(yīng)方程式可知，溶液B中含有的K2SO4、H2SO4，該工藝中循環(huán)使用的物質(zhì)化學(xué)式是H2SO4，K2SO4在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可用作鉀肥；（4）由圖像可以看出，相同溫度下，OMS-2作催化劑時(shí)，因納米級(jí)OMS-2 比MnOx表面積大，吸附的反應(yīng)物濃度更高，反應(yīng)速率更快，故OMS-2與MnOx相比，催化效率較高是OMS-2；（5）設(shè)體積為VL，CO2含量由0.590mg/L升高至1.25mg/L，CO2含量增多0.66mg/L，反應(yīng)生成的CO2的物質(zhì)的量為，根據(jù)原子個(gè)數(shù)守恒，參與反應(yīng)的甲醛的物質(zhì)的量為，故該實(shí)驗(yàn)中甲醛的轉(zhuǎn)化率為=36.9%。