Question

【題目】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，另含少量鐵，鋁，銅等金屬化合物)作脫硫劑，通過如下簡(jiǎn)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(qǐng)回答下列問題：

(1)上述流程脫硫?qū)崿F(xiàn)了________(選填編號(hào))。

a.廢棄物的綜合利用 b.白色污染的減少 c.酸雨的減少 d.臭氧層空洞的減少

(2)步驟I生成無(wú)水MnSO4的化學(xué)方程式是________。步驟IV生成無(wú)水MnO2的化學(xué)方程式是________。

(3)步驟I中，用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+，其原因是_______。濾渣M的成分是________。銅元素以________形式存在于濾渣N中。(寫化學(xué)式)

(4)產(chǎn)品MnO2可作超級(jí)電容材料，用惰性電極電解MnSO4溶液可以制得MnO2，則MnO2在________生成。(填電極名稱)

(5)假設(shè)脫除的SO2只與軟錳礦漿中MnO2反應(yīng)。按照?qǐng)D示流程，將2.0m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)含SO2的體積分?jǐn)?shù)為60%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10.44kg。則在除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)的過程中，所引入的錳元素為________kg。

Answer 1

【答案】ac MnO2+SO2=MnSO4 2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2↓+2H2SO4 消耗溶液中的酸，促進(jìn)Al3+和Fe3+水解生成氫氧化物沉淀 Al(OH)3、Fe(OH)3 CuS 陽(yáng)極 1.32

【解析】

二氧化硫能與二氧化錳反應(yīng)生成MnSO4，用MnCO3能通過調(diào)節(jié)溶液的pH使溶液中Al3+和Fe3+轉(zhuǎn)化為Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀除去，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。據(jù)此解答。

(1)通過上述流程可以將含有SO2廢氣轉(zhuǎn)化為MnSO4，能降低SO2對(duì)空氣的污染，避免其形成酸雨，也減少了酸雨形成，因此脫硫?qū)崿F(xiàn)了廢棄物的綜合利用，白色污染主要是塑料等難降解的物質(zhì)形成的，臭氧空洞是由于氟鹵代烴等形成，這兩種環(huán)境問題都與SO2無(wú)關(guān)，故合理選項(xiàng)是ac；

(2)步驟I生成無(wú)水MnSO4的反應(yīng)為二氧化錳和二氧化硫發(fā)生的反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MnO2+SO2=MnSO4，步驟IV生成無(wú)水MnO2的反應(yīng)是高錳酸鉀在水溶液中氧化Mn2+形成，根據(jù)電子守恒、原子守恒，可得反應(yīng)化學(xué)方程式為：2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2↓+2H2SO4；

(3)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+水解平衡正向移動(dòng)，生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，因此濾渣M主要成分為Al(OH)3、Fe(OH)3，Cu2+會(huì)和加入的MnS溶解電離產(chǎn)生的S2-離子生成更難溶的CuS沉淀；

(4)Mn2+在陽(yáng)極失電子轉(zhuǎn)化為MnO2，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；

(5)反應(yīng)的二氧化硫的物質(zhì)的量n(SO2)=×60%×89.6%=48 mol，根據(jù)SO2+MnO2=MnSO4可知生成硫酸錳的物質(zhì)的量為48 mol，實(shí)際上最終生成的二氧化錳為10.44 kg，根據(jù)方程式2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2↓+2H2SO4可知：每反應(yīng)消耗3 mol MnSO4，會(huì)產(chǎn)生5 mol MnO2，則反應(yīng)產(chǎn)生10.44 kg MnO2，即產(chǎn)生MnO210440 g，消耗的MnSO4的物質(zhì)的量為n(MnSO4)==72 mol；除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)時(shí)，所引入的錳元素(72 mol-48 mol)=24 mol，相當(dāng)于Mn元素的質(zhì)量=24 mol×55 g/mol=1320 g=1.32 kg。