Question

3．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，通過如下簡化流程脫除燃煤尾氣中的SO₂，同時制得電池材料MnO₂（反應條件已省略）．

請回答下列問題：
（1）上述流程中多次涉及到過濾操作，實驗室進行過濾操作時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Ni²⁺恰好完全沉淀（此時溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），溶液中Cu²⁺的濃度．是6.0×10^-26mol/L．
（4）工業(yè)上采用惰性電極電解K₂MnO₄水溶液的方法來生產KMnO₄，請寫出陽極的電極反應式MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，電解總反應的化學方程式2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2KMnO₄+H₂↑+2KOH．
（5）下列各組試劑中，能準確測定一定體積燃煤尾氣中SO₂含量的是bc．（填編號）
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，相對分子質量為169）
a．過濾     b．蒸發(fā)濃縮     c．冷卻結晶    d．灼燒
（7）已知廢氣中SO₂濃度為8.4g/m³，軟錳礦漿對SO₂的吸收率可達90%，則處理1000m³燃煤尾氣，可得到硫酸錳晶體質量為20.0kg（結果保留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）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Al³⁺和Fe³⁺水解角度分析；
（3）當Ni²⁺恰好完全沉淀 （此時溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），c（S^2-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$，結合K_sp（CuS）計算溶液中Cu²⁺的濃度；
（4）惰性電極作陽極，則陽極上失去電子發(fā)生氧化反應，MnO₄^2-被氧化成MnO₄^-，陰極上水中的氫得電子生成氫氣，據(jù)此書寫電解的總反應；
（5）準確測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現(xiàn)象分析；
（6）從溶液中獲得帶結晶水的晶體，一般要經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等；
（7）SO₂與稀硫酸酸化的軟錳礦發(fā)生氧化還原反應生成硫酸錳；結合硫原子守恒可知，被吸收的SO₂的物質的量等于硫酸錳晶體的物質的量．

解答 解：由流程可知，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）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：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Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀；
（3）當Ni²⁺恰好完全沉淀 （此時溶液中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）惰性電極作陽極，鐵作陰極，則陽極上失去電子發(fā)生氧化反應，則陽極反應為MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，陰極上水中的氫得電子生成氫氣，所以電解的總反應為2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2KMnO₄+H₂↑+2KOH，
故答案為：MnO₄^2--e^-═MnO₄^-；2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2KMnO₄+H₂↑+2KOH；
（5）準確測定一定體積燃煤尾氣中SO₂含量，二氧化硫與氨水、NaOH反應不易控制，且加指示劑現(xiàn)象觀察的滴定終點與反應終點誤差大，而b、c中利用還原性及高錳酸鉀褪色、淀粉變藍等可準確測定氣體的含量，
故選bc；
（6）從溶液中獲得帶結晶水的晶體，一般要經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等，故選bca；
（7）SO₂與稀硫酸酸化的軟錳礦發(fā)生氧化還原反應生成硫酸錳，反應方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄，由硫原子守恒，被吸收的SO₂的物質的量等于硫酸錳晶體的物質的量，則硫酸錳晶體的質量為$\frac{1000m{\;}^{3}×8.4g/m{\;}^{3}×90%}{64g/mol}$×169g/mol≈20.0kg，
故答案為：20.0．

點評 本題以物質的制備實驗考查混合物分離提純的綜合應用，為高頻考點，涉及氧化還原反應、鹽類水解、溶度積計算、原子守恒計算等，把握流程分析及混合物分離方法、發(fā)生的反應為解答的關鍵，側重分析與實驗、計算能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．