Question

17．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，另含少量鐵，鋁，銅等金屬化合物）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）上述流程脫硫實現(xiàn)了ac（選填編號）．
a．廢棄物的綜合利用     b．白色污染的減少 c．酸雨的減少      d．臭氧層空洞的減少
（2）步驟I生成無水MnSO₄的化學方程式是MnO₂+SO₂=MnSO₄．
步驟IV生成無水MnO₂的化學方程式是2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=K₂SO₄+5MnO₂+2H₂SO₄．
（3）步驟I中，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，其原因是消耗溶液中的酸，促進Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀．濾渣M的成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃．銅元素以CuS形式存在于濾渣N中．（寫化學式）
（4）產品MnO₂可作超級電容材料．用惰性電極電解MnSO₄溶液可以制得MnO₂，則MnO₂在陽極生成．（填電極名稱）
（5）假設脫除的SO₂只與軟錳礦漿中MnO₂反應．按照圖示流程，將2.0 m³（標準狀況）含SO₂的體積分數(shù)為60%的尾氣通入礦漿，若SO₂的脫除率為89.6%，最終得到MnO₂的質量10.44kg．則在除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質的過程中，所引入的錳元素為1.32kg．

Answer 1

分析 二氧化硫能與二氧化錳反應生成硫酸錳，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，MnS將銅、鎳離子還原為單質，高錳酸鉀能與硫酸錳反應生成二氧化錳，通過過濾獲得二氧化錳，
（1）SO₂能形成酸雨，因此脫硫實現(xiàn)了廢棄物的綜合利用，同時也減少了酸雨形成；
（2）步驟I生成無水MnSO₄的反應為二氧化錳和二氧化硫發(fā)生反應生成，步驟IV生成無水MnO₂的反應是高錳酸鉀在水溶液中氧化錳離子為二氧化錳；
（3）從消耗溶液中的酸，促進Al³⁺和Fe³⁺水解角度分析，生成氫氧化物沉淀，所以濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，銅離子會和硫離子生成更難溶的硫化銅；
（4）錳離子在陽極失電子發(fā)生氧化反應；
（5）SO₂+MnO₂=MnSO₄，根據方程式結合元素守恒解題．

解答 解：二氧化硫能與二氧化錳反應生成硫酸錳，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，MnS將銅、鎳離子還原為單質，高錳酸鉀能與硫酸錳反應生成二氧化錳，通過過濾獲得二氧化錳，
（1）白色污染主要是塑料等難降解的物質形成的，SO₂能形成酸雨，因此脫硫實現(xiàn)了廢棄物的綜合利用，同時也減少了酸雨形成，所以ac正確，
故答案為：ac；
（2）步驟I生成無水MnSO₄的反應為二氧化錳和二氧化硫發(fā)生反應生成，反應的化學方程式為：MnO₂+SO₂=MnSO₄，步驟IV生成無水MnO₂的反應是高錳酸鉀在水溶液中氧化錳離子為二氧化錳，反應的化學方程式為：2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=K₂SO₄+5MnO₂+2H₂SO₄，
故答案為：MnO₂+SO₂=MnSO₄；2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=K₂SO₄+5MnO₂+2H₂SO₄；
（3）（3）由于碳酸錳能消耗溶液中的酸，降低溶液的酸性，從而促進Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀，所以濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，銅離子會和硫離子生成更難溶的硫化銅，
故答案為：消耗溶液中的酸，促進Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀；Al（OH）₃、Fe（OH）₃；CuS；
（4）錳離子在陽極失電子：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，則MnO₂在陽極上生成，故答案為：陽極；
（5）反應的二氧化硫的物質的量為 $\frac{2.0×1000}{22.4}$×60%×89.6%=48mol，
根據SO₂+MnO₂=MnSO₄可知生成硫酸錳的物質的量為48mol，最終生成的二氧化錳為10.44kg，設消耗硫酸錳的物質的量為x．
2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂+2H₂SO₄+K₂SO₄
       3            87×5
       x            10440g
x=72mol
除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質時，所引入的錳元素（72mol-48mol）=24mol，
相當于Mn元素的質量=24mol×55g/mol=1320g=1.32kg，
故答案為：1.32．

點評 本題通過二氧化錳的制備，考查了物質的分離、提純方法及其綜合應用，題目難度中等，明確制備原理為解答關鍵，注意掌握化學實驗基本操作方法及物質的分離、提純方法，試題充分培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．