Question

7．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，又制得電池材料MnO₂（反應(yīng)條件已略去）
請(qǐng)回答下列問題：
（1）上述在處理含SO₂尾氣過程中發(fā)生的主要離子方程式為MnO₂+SO₂═Mn²⁺+SO₄^2-．
（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al³⁺和Fe³⁺，其原理是Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，MnCO₃消耗溶液中的H⁺，促使水解平衡正向移動(dòng)，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^-5 mol•L^-1 ），溶液中Cu²⁺的濃度是6.0×10^-26mol/L．
（4）除雜后得到的MnSO₄溶液可以通過b→c→a→d制得硫酸錳晶體．
a．過濾 b．蒸發(fā)濃縮c．冷卻結(jié)晶 d．干燥
（5）己知廢氣中SO₂濃度為8.4g/m³，軟錳礦漿對(duì)SO₂的吸收率可達(dá)90%，則處理1000m³燃煤尾氣，可得到硫酸錳晶體質(zhì)量為20.0kg（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．
（己知：硫酸錳晶體化學(xué)式為MnSO₄•H₂O）
（6）酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是碳粉，MnO₂，ZnCl₂和NH₄C1等組成的糊狀填充物，該電池在放電過程產(chǎn)生MnOOH．電池的正扱反應(yīng)式為NH₄⁺+MnO₂+e⁺═NH₃+MnOOH．
（總反應(yīng)方程式為 Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=ZnCl₂+2MnOOH+2NH₃）

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）上述在處理含SO₂尾氣是用二氧化錳，反應(yīng)生成硫酸錳；
（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-）=$\frac{{K}_{sp}（NiS）}{c（N{i}^{2+}）}$，結(jié)合K_sp（CuS）計(jì)算溶液中Cu²⁺的濃度；
（4）從溶液中獲得帶結(jié)晶水的晶體，一般要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等；
（5）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；
（6）根據(jù)原電池工作原理判斷正極發(fā)生還原反應(yīng)，然后根據(jù)總反應(yīng)寫出正極的電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）二氧化硫能與二氧化錳反應(yīng)生成硫酸錳的主要離子方程式為：MnO₂+SO₂═Mn²⁺+SO₄^2-，故答案為：MnO₂+SO₂═Mn²⁺+SO₄^2-；
（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：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，MnCO₃消耗溶液中的H⁺，促使水解平衡正向移動(dòng)，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-）=$\frac{{K}_{sp}（NiS）}{c（N{i}^{2+}）}$=$\frac{1.4×1{0}^{-24}}{1×1{0}^{-5}}$=1.4×10^-19，由K_sp（CuS）可知溶液中Cu²⁺的濃度為$\frac{8.4×1{0}^{-45}}{1.4×1{0}^{-19}}$=6.0×10^-26mol/L，故答案為：6.0×10^-26；
（4）從溶液中獲得帶結(jié)晶水的晶體，一般要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等，故答案為：b；c；a；d；
（5）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$\frac{1000{m}^{3}×8.4g/{m}^{3}}{64g/mol}$×169g/mol≈20.0kg，故答案為：20.0；
（6）原電池中負(fù)極失去電子，正極得到電子，因此酸性鋅錳干電池放電時(shí)，正極是二氧化錳得到電子，則電極反應(yīng)式為：NH₄⁺+MnO₂+e⁺═NH₃+MnOOH，
故答案為：NH₄⁺+MnO₂+e⁺═NH₃+MnOOH．

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．