Question

13．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漏斗、燒杯、玻璃棒．
（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al³⁺和Fe²⁺，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）己知K_sp（CuS）=1.2×10^-36，K_sp（NiS）=1.2×10^-21；在除銅鎳的過程中，當Ni²⁺沉淀完全時[溶液中c（Ni²⁺）＜1.0×10^-5mo1．L^-1]，此時溶液中Cu²⁺的濃度6.0×10^-26mo1•L^-1．
（4）工業(yè)上用鐵和石墨為電極，電解K₂MnO₄溶液制取KMnO₄．電解時，應以隋性電極作陽極，陽極電極反應式為MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，電解過程中，陰極附近溶液的pH將會增大（增大、減小、不變）．
（5）工業(yè)上用碘-淀粉溶液測定燃煤尾氣中SO₂的含量．現(xiàn)有V_amL濃度為cmo1•L^-1的碘-淀粉溶液，取$\frac{1}{10}$去體積的混合溶液，當通入尾氣體積為V_bmL（已折算為標準狀況）時，溶液藍色消失．尾氣中SO₂的體積百分含量為：$\frac{2.24c{V}_{a}}{{V}_}$×100%．
（6）除雜后得到的MnSO₄溶液經(jīng)過：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶過濾及干燥得硫酸錳晶體（MnSO₄•H₂O）．

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(zhì)，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；
（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）電解K₂MnO₄溶液制取KMnO₄，要用隋性電極作陽極，鐵作陰極，則陽極上K₂MnO₄失去電子發(fā)生氧化反應，陰極上是水中的氫離子放電生成氫氣，據(jù)此分析；
（5）用碘-淀粉溶液測定燃煤尾氣中SO₂的含量，根據(jù)電子得失守恒有關系式I₂～SO₂，根據(jù)消耗碘的物質(zhì)的量可計算出二氧化硫的體積，進而確定尾氣中SO₂的體積百分含量；
（6）由MnSO₄溶液得到MnSO₄•H₂O晶體，應蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾及干燥．

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(zhì)，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）過濾需要用到的硅酸鹽儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：漏斗、燒杯、玻璃棒；
（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）電解K₂MnO₄溶液制取KMnO₄，要用隋性電極作陽極，鐵作陰極，則陽極上K₂MnO₄失去電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，陰極上是水中的氫離子放電生成氫氣，所以陰極附近有氫氧根離子產(chǎn)生，溶液的pH將會增大，
故答案為：隋性電極；MnO₄^2--e^-═MnO₄^-；增大；
（5）用碘-淀粉溶液測定燃煤尾氣中SO₂的含量，根據(jù)電子得失守恒有關系式I₂～SO₂，反應中消耗碘的物質(zhì)的量為V_aL×10^-3×cmo1•L^-1×$\frac{1}{10}$=cV_a×10^-4mo1，所以二氧化硫的體積為cV_a×10^-4mo1×22.4L/mol=22.4cV_a×10^-4L=2.24cV_amL，所以尾氣中SO₂的體積百分含量為$\frac{2.24cV{\;}_{a}mL}{V{\;}_mL}$×100%=$\frac{2.24c{V}_{a}}{{V}_}$×100%，
故答案為：$\frac{2.24c{V}_{a}}{{V}_}$×100%；
（6）由MnSO₄溶液得到MnSO₄•H₂O晶體，應蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾及干燥，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶．

點評 本題以物質(zhì)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．