Question

14．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)化流程脫除燃煤尾氣中的SO₂，同時(shí)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)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．
（3）已知K_sp（CuS）=8.4×10^-45，K_sp（NiS）=1.4×10^-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)采用電解K₂MnO₄水溶液的方法來生產(chǎn)KMnO₄，其中惰性電極作陽極，鐵作陰極，請(qǐng)寫出陽極的電極反應(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）除雜后得到的MnSO₄溶液可以通過bca制得硫酸錳晶體．（MnSO₄•H₂O，相對(duì)分子質(zhì)量為169）
    a．過濾     b．蒸發(fā)濃縮     c．冷卻結(jié)晶    d．灼燒   e．干燥
（7）已知廢氣中SO₂濃度為8.4g/m³，軟錳礦漿對(duì)SO₂的吸收率可以達(dá)90%，則處理1000m³燒煤尾氣，可得硫酸錳晶體質(zhì)量為20.0kg（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 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）過濾操作時(shí)需要用到的硅酸鹽儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗，玻璃棒起引流作用，防止液體濺出；
（2）由于碳酸錳能消耗溶液中的酸，從而促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解；
（3）根據(jù)c（S^2-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（N{i}^{2+}）}$計(jì)算溶液中c（S^2-），再根據(jù)K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S^2-）計(jì)算計(jì)算溶液中Cu²⁺的濃度；
（4）隋性電極作陽極，鐵作陰極，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上是MnO₄^2-失去電子生成MnO₄^-；
（5）進(jìn)行定量測(cè)定尾氣中二氧化硫的含量，由于吸收二氧化硫的試劑，與二氧化硫反應(yīng)現(xiàn)象明顯，便于反應(yīng)終點(diǎn)的判斷；
（6）由溶液得到晶體，應(yīng)采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾得到晶體；
（7）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，進(jìn)而計(jì)算硫酸錳晶體質(zhì)量．

解答 解：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）過濾操作時(shí)需要用到的硅酸鹽儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗，玻璃棒起引流作用，防止液體濺出；
故答案為：燒杯、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-）=$\frac{1.4×1{0}^{-24}}{1×1{0}^{-5}}$mol/L=1.4×10^-19mol/L，
由K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S^2-），可知溶液中Cu²⁺的濃度為$\frac{8.4×1{0}^{-45}}{1.4×1{0}^{-19}}$mol/L=6.0×10^-26mol/L，
故答案為：6.0×10^-26；
（4）隋性電極作陽極，鐵作陰極，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上是MnO₄^2-失去電子生成MnO₄^-，陽極的電極反應(yīng)式為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，
故答案為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
（5）a．用NaOH溶液、酚酞試液吸收二氧化硫，反應(yīng)生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉溶液呈堿性，溶液顏色變化不明顯，故a錯(cuò)誤；
b．用稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液吸收二氧化硫，溶液有紫色變?yōu)闊o色，反應(yīng)完全，可準(zhǔn)確測(cè)定氣體的含量，故b正確；
c．用碘水、淀粉溶液吸收二氧化硫，溶液有藍(lán)色變?yōu)闊o色，反應(yīng)完全，可準(zhǔn)確測(cè)定氣體的含量，故c正確；
d．氨水本身易揮發(fā)，不宜進(jìn)行定量測(cè)定，且終點(diǎn)判斷誤差較大，故d錯(cuò)誤，
故選：bc；
（6）除雜后得到的MnSO₄溶液可以通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得硫酸錳晶體，
故選：bca；
（7）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$\frac{1000{m}^{3}×8.4g/{m}^{3}×90%}{64g/mol}$×169g/mol≈2×10⁴g=20.0kg，
故答案為：20.0．

點(diǎn)評(píng) 本題以化學(xué)工業(yè)流程為載體，考查混合物分離提純的綜合應(yīng)用、溶度積有關(guān)計(jì)算、電極反應(yīng)式、實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)、化學(xué)計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．