Question

3．污染物的有效去除和資源的充分利用是化學(xué)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(jiǎn)化流程既脫除燃煤尾氣中的SO₂，又制得電池材料MnO₂（反應(yīng)條件已省略）．

請(qǐng)回答下列問題：
（1）上述流程中多次涉及到過濾操作，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過濾操作時(shí)需要用到的硅酸鹽儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗；其中玻璃棒的作用是引流，防止液體濺出．
（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al³⁺和Fe³⁺，其原理是消耗溶液中的酸，促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀．（只用文字表述）
（3）已知K_sp（CuS）=1.3×10^-36，K_sp（NiS）=1.0×10^-24；在除銅鎳的過程中，當(dāng)Ni²⁺恰好完全沉淀 （此時(shí)溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），溶液中Cu²⁺的濃度是6.0×10^-26mol/L．
（4）工業(yè)上采用電解K₂MnO₄水溶液的方法來生產(chǎn)KMnO₄，其中隋性電極作陽(yáng)極，鐵作陰極，請(qǐng)寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式MnO₄^2--e^-═MnO₄^-．
（5）下列各組試劑中，能準(zhǔn)確測(cè)定一定體積燃煤尾氣中SO₂含量的是bc．（填編號(hào)）
a．NaOH溶液、酚酞試液b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液
c．碘水、淀粉溶液d．氨水、酚酞試液
（6）廢氣中SO₂與稀硫酸酸化的軟錳礦反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄； 已知廢氣中SO₂濃度為6.4g/m³，軟錳礦漿對(duì)SO₂的吸收率可達(dá)90%，則處理1000m³燃煤尾氣，可得到硫酸錳晶體（MnSO₄•H₂O，相對(duì)分子質(zhì)量為169）質(zhì)量為15.2kg（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 由流程可知，二氧化硫能與二氧化錳反應(yīng)生成硫酸錳，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，MnS將銅、鎳離子還原為單質(zhì)，高錳酸鉀能與硫酸錳反應(yīng)生成二氧化錳，通過過濾獲得二氧化錳，
（1）過濾需要漏斗、燒杯、玻璃棒等，玻璃棒起引流作用；
（2）從消耗溶液中的酸，促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解角度分析；
（3）當(dāng)Ni²⁺恰好完全沉淀 （此時(shí)溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），c（S^2-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$，結(jié)合K_sp（CuS）計(jì)算溶液中Cu²⁺的濃度；
（4）惰性電極作陽(yáng)極，鐵作陰極，則陽(yáng)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（5）準(zhǔn)確測(cè)定一定體積燃煤尾氣中SO₂含量，利用其還原性及明顯的反應(yīng)現(xiàn)象分析；
（6）SO₂與稀硫酸酸化的軟錳礦發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸錳；結(jié)合硫原子守恒可知，被吸收的SO₂的物質(zhì)的量等于硫酸錳晶體的物質(zhì)的量．

解答 解：由流程可知，二氧化硫能與二氧化錳反應(yīng)生成硫酸錳，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，MnS將銅、鎳離子還原為單質(zhì)，高錳酸鉀能與硫酸錳反應(yīng)生成二氧化錳，通過過濾獲得二氧化錳，
（1）過濾需要漏斗、燒杯、玻璃棒等，過濾中玻璃棒的作用為引流，防止液體濺出，
故答案為：漏斗；引流，防止液體濺出；
（2）由于碳酸錳能消耗溶液中的酸，降低溶液的酸性，從而促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀，
故答案為：消耗溶液中的酸，促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀；
（3）當(dāng)Ni²⁺恰好完全沉淀 （此時(shí)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⁺的濃度為$\frac{8.4×10{\;}^{-45}}{1.4×10{\;}^{-19}}$=6.0×10^-26mol/L，
故答案為：6.0×10^-26；
（4）惰性電極作陽(yáng)極，鐵作陰極，則陽(yáng)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則陽(yáng)極反應(yīng)為MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，故答案為：MnO₄^2--e^-═MnO₄^-；
（5）準(zhǔn)確測(cè)定一定體積燃煤尾氣中SO₂含量，二氧化硫與氨水、NaOH反應(yīng)不易控制，且加指示劑現(xiàn)象觀察的滴定終點(diǎn)與反應(yīng)終點(diǎn)誤差大，而b、c中利用還原性及高錳酸鉀褪色、淀粉變藍(lán)等可準(zhǔn)確測(cè)定氣體的含量，故答案為：bc；
（6）SO₂與稀硫酸酸化的軟錳礦發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸錳，反應(yīng)方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄，由硫原子守恒，被吸收的SO₂的物質(zhì)的量等于硫酸錳晶體的物質(zhì)的量，則硫酸錳晶體的質(zhì)量為$\frac{1000m{\;}^{3}×6.4g/m{\;}^{3}×90%}{64g/mol}$×169g/mol≈15.2kg，
故答案為：SO₂+MnO₂=MnSO₄； 15.2．

點(diǎn)評(píng) 本題以物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)考查混合物分離提純的綜合應(yīng)用，為高頻考點(diǎn)，涉及氧化還原反應(yīng)、鹽類水解、溶度積計(jì)算、原子守恒計(jì)算等，把握流程分析及混合物分離方法、發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)、計(jì)算能力的考查，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．