Question

12．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．某化學(xué)研究小組利用軟錳礦（主要成分為MnO₂，另含有少量頭鐵、鋁、銅、鎳等金屬化合物）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(yīng)條件已略去）．

請回答下列問題：
（1）上述流程脫硫?qū)崿F(xiàn)了A、C（選填下列字母編號）．
A．廢棄物的綜合利用     B．白色污染的減少      C．酸雨的減少
（2）用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，其原因是消耗溶液中的酸，促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解生成氫氧化物沉淀．
（3）已知：25℃、101kp_a時，Mn（s）+O₂（g）═MnO₂（s）△H=-520kJ/mol
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297kJ/mol
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）═MnSO₄（s）△H=-1065kJ/mol
SO₂與MnO₂反應(yīng)生成無水MnSO₄的熱化學(xué)方程式是MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=-248kJ/mol．
（4）MnO₂可作超級電容器材料．用惰性電極電解MnSO₄溶液可制得MnO₂，其陽極的電極反應(yīng)式是Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺．
（5）MnO₂是堿性鋅錳電池的正極材料．堿性鋅錳電池放電時，正極的電極反應(yīng)式是MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-．
（6）假設(shè)脫除的SO₂只與軟錳礦漿中的MnO₂反應(yīng)．按照圖示流程，將a m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）含SO₂的體積分?jǐn)?shù)為b%的尾氣通入礦漿，若SO₂的脫除率為89.6%，最終得到MnO₂的質(zhì)量為c kg，則除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)時，所引入的錳元素相當(dāng)于MnO₂$\frac{1500c-87ab}{2500}$kg．

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）脫硫能減少酸雨；
（2）MnCO₃消耗溶液中的酸，促進(jìn)Al³⁺和Fe³⁺水解；
（3）根據(jù)蓋斯定律解題，Mn（s）+O₂（g）═MnO₂（s）△H=-520kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297kJ•mol^-1
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）═MnSO₄（s）△H=-1065kJ•mol^-1
將③-②-①可得；
（4）錳離子在陽極失電子生成二氧化錳；
（5）二氧化錳得電子堿溶液中生成MnO（OH）；
（6）SO₂+MnO₂=MnSO₄，根據(jù)方程式結(jié)合元素守恒解題，反應(yīng)的二氧化硫的物質(zhì)的量為 $\frac{a×1000}{22.4}$×b%×89.6%=0.4abmol，根據(jù)SO₂+MnO₂=MnSO₄可知生成硫酸錳的物質(zhì)的量為0.4abmol，最終生成的二氧化錳為c kg．

解答 解：（1）脫硫能減少酸雨和廢物在利用，白色污染的減少是塑料的減少和流程無關(guān)，
故答案為：AC；
（2）MnCO₃消耗溶液中的酸，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）Mn（s）+O₂（g）═MnO₂（s）△H=-520kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297kJ•mol^-1
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）═MnSO₄（s）△H=-1065kJ•mol^-1
將③-②-①可得MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=-248kJ/mol，
故答案為：MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=-248kJ/mol；
（4）錳離子在陽極失電子：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，
故答案為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
（5）二氧化錳得電子生成MnO（OH），MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-，
故答案為：MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-；
（6）反應(yīng)的二氧化硫的物質(zhì)的量為 $\frac{a×1000}{22.4}$×b%×89.6%=0.4abmol，根據(jù)SO₂+MnO₂=MnSO₄可知生成硫酸錳的物質(zhì)的量為0.4abmol，最終生成的二氧化錳為c kg，設(shè)消耗硫酸錳的物質(zhì)的量為x，
2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂+2H₂SO₄+K₂SO₄
         3         87×5
         x         1000c      
x=$\frac{3000c}{435}$
除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)時，所引入的錳元素（$\frac{3000c}{435}$-0.4ab）mol，
相當(dāng)于MnO₂的質(zhì)量（$\frac{3000c}{435}$-0.4ab）mol×87g/mol=（600c-0.4ab×87）g=$\frac{1500c-87ab}{2500}$kg，
故答案為：$\frac{1500c-87ab}{2500}$．

點(diǎn)評 本題考查熱化學(xué)方程式、原電池、電解池和化學(xué)計算等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰Φ目疾�，難度中等．