Question

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(yīng)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過濾操作時(shí)需要用到的硅酸鹽儀器有玻璃棒、

 

、

 

；其中玻璃棒的作用是

 

．
（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al³⁺和Fe³⁺，其原理是

 

．
（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

 

mol/L．
（4）工業(yè)上采用電解K₂MnO₄水溶液的方法來生產(chǎn)KMnO₄，其中隋性電極作陽極，鐵作陰極，請寫出陽極的電極反應(yīng)式

 

．
（5）下列各組試劑中，能準(zhǔn)確測定一定體積燃煤尾氣中SO₂含量的是

 

．（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

 

（填操作名稱）制得硫酸錳晶體（MnSO₄?H₂O，相對分子質(zhì)量為169）．已知廢氣中SO₂濃度為8.4g/m³，軟錳礦漿對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

 

kg（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,物質(zhì)的分離、提純的基本方法選擇與應(yīng)用

專題：

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）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(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-）=

Ksp(NiS)

c(Ni2+)

，結(jié)合K_sp（CuS）計(jì)算溶液中Cu²⁺的濃度；
（4）隋性電極作陽極，鐵作陰極，則陽極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（5）準(zhǔn)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(yīng)現(xiàn)象分析；
（6）由溶液得到晶體，應(yīng)濃縮、結(jié)晶；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．

解答： 解：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）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(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-）=

Ksp(NiS)

c(Ni2+)

=

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

8.4×10-45

1.4×10-19

=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，則陽極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則陽極反應(yīng)為MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，故答案為：MnO₄^2--e^-═MnO₄^-；
（5）準(zhǔn)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(yīng)不易控制，且加指示劑現(xiàn)象觀察的滴定終點(diǎn)與反應(yīng)終點(diǎn)誤差大，而b、c中利用還原性及高錳酸鉀褪色、淀粉變藍(lán)等可準(zhǔn)確測定氣體的含量，故答案為：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）制得硫酸錳晶體；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

1000m3×8.4g/m3×90%

64g/mol

×169g/mol≈20.0kg，
故答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶（過濾）； 20.0．

點(diǎn)評：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．