Question

【题目】污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2，另含少量铁，铝，铜等金属化合物)作脱硫剂，通过如下简化流程，既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2(反应条件已省略)。

请回答下列问题：

(1)上述流程脱硫实现了________(选填编号)。

a.废弃物的综合利用 b.白色污染的减少 c.酸雨的减少 d.臭氧层空洞的减少

(2)步骤I生成无水MnSO4的化学方程式是________。步骤IV生成无水MnO2的化学方程式是________。

(3)步骤I中，用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+，其原因是_______。滤渣M的成分是________。铜元素以________形式存在于滤渣N中。(写化学式)

(4)产品MnO2可作超级电容材料，用惰性电极电解MnSO4溶液可以制得MnO2，则MnO2在________生成。(填电极名称)

(5)假设脱除的SO2只与软锰矿浆中MnO2反应。按照图示流程，将2.0m3(标准状况)含SO2的体积分数为60%的尾气通入矿浆，若SO2的脱除率为89.6%，最终得到MnO2的质量10.44kg。则在除去铁、铝、铜、镍等杂质的过程中，所引入的锰元素为________kg。

Answer 1

【答案】ac MnO2+SO2=MnSO4 2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2↓+2H2SO4 消耗溶液中的酸，促进Al3+和Fe3+水解生成氢氧化物沉淀 Al(OH)3、Fe(OH)3 CuS 阳极 1.32

【解析】

二氧化硫能与二氧化锰反应生成MnSO4，用MnCO3能通过调节溶液的pH使溶液中Al3+和Fe3+转化为Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀除去，MnS将铜、镍离子还原为单质，高锰酸钾能与硫酸锰反应生成二氧化锰，通过过滤获得二氧化锰。据此解答。

(1)通过上述流程可以将含有SO2废气转化为MnSO4，能降低SO2对空气的污染，避免其形成酸雨，也减少了酸雨形成，因此脱硫实现了废弃物的综合利用，白色污染主要是塑料等难降解的物质形成的，臭氧空洞是由于氟卤代烃等形成，这两种环境问题都与SO2无关，故合理选项是ac；

(2)步骤I生成无水MnSO4的反应为二氧化锰和二氧化硫发生的反应，反应的化学方程式为：MnO2+SO2=MnSO4，步骤IV生成无水MnO2的反应是高锰酸钾在水溶液中氧化Mn2+形成，根据电子守恒、原子守恒，可得反应化学方程式为：2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2↓+2H2SO4；

(3)由于碳酸锰能消耗溶液中的酸，降低溶液的酸性，从而促进Al3+和Fe3+水解平衡正向移动，生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，因此滤渣M主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3，Cu2+会和加入的MnS溶解电离产生的S2-离子生成更难溶的CuS沉淀；

(4)Mn2+在阳极失电子转化为MnO2，阳极的电极反应式为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；

(5)反应的二氧化硫的物质的量n(SO2)=×60%×89.6%=48 mol，根据SO2+MnO2=MnSO4可知生成硫酸锰的物质的量为48 mol，实际上最终生成的二氧化锰为10.44 kg，根据方程式2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2↓+2H2SO4可知：每反应消耗3 mol MnSO4，会产生5 mol MnO2，则反应产生10.44 kg MnO2，即产生MnO210440 g，消耗的MnSO4的物质的量为n(MnSO4)==72 mol；除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素(72 mol-48 mol)=24 mol，相当于Mn元素的质量=24 mol×55 g/mol=1320 g=1.32 kg。