Question

3．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，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物）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）上述流程中多次涉及到过滤操作，实验室进行过滤操作时需要用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗；其中玻璃棒的作用是引流，防止液体溅出．
（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al³⁺和Fe³⁺，其原理是消耗溶液中的酸，促进Al³⁺和Fe³⁺水解生成氢氧化物沉淀．（只用文字表述）
（3）已知K_sp（CuS）=1.3×10^-36，K_sp（NiS）=1.0×10^-24；在除铜镍的过程中，当Ni²⁺恰好完全沉淀 （此时溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），溶液中Cu²⁺的浓度是6.0×10^-26mol/L．
（4）工业上采用电解K₂MnO₄水溶液的方法来生产KMnO₄，其中隋性电极作阳极，铁作阴极，请写出阳极的电极反应式MnO₄^2--e^-═MnO₄^-．
（5）下列各组试剂中，能准确测定一定体积燃煤尾气中SO₂含量的是bc．（填编号）
a．NaOH溶液、酚酞试液b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液
c．碘水、淀粉溶液d．氨水、酚酞试液
（6）废气中SO₂与稀硫酸酸化的软锰矿反应的化学方程式为SO₂+MnO₂=MnSO₄； 已知废气中SO₂浓度为6.4g/m³，软锰矿浆对SO₂的吸收率可达90%，则处理1000m³燃煤尾气，可得到硫酸锰晶体（MnSO₄•H₂O，相对分子质量为169）质量为15.2kg（结果保留3位有效数字）．

Answer 1

分析 由流程可知，二氧化硫能与二氧化锰反应生成硫酸锰，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，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，
（1）过滤需要漏斗、烧杯、玻璃棒等，玻璃棒起引流作用；
（2）从消耗溶液中的酸，促进Al³⁺和Fe³⁺水解角度分析；
（3）当Ni²⁺恰好完全沉淀 （此时溶液中c（Ni²⁺）=1.0×10^-5mol/L），c（S^2-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$，结合K_sp（CuS）计算溶液中Cu²⁺的浓度；
（4）惰性电极作阳极，铁作阴极，则阳极上失去电子发生氧化反应；
（5）准确测定一定体积燃煤尾气中SO₂含量，利用其还原性及明显的反应现象分析；
（6）SO₂与稀硫酸酸化的软锰矿发生氧化还原反应生成硫酸锰；结合硫原子守恒可知，被吸收的SO₂的物质的量等于硫酸锰晶体的物质的量．

解答 解：由流程可知，二氧化硫能与二氧化锰反应生成硫酸锰，用MnCO₃能除去溶液中Al³⁺和Fe³⁺，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，
（1）过滤需要漏斗、烧杯、玻璃棒等，过滤中玻璃棒的作用为引流，防止液体溅出，
故答案为：漏斗；引流，防止液体溅出；
（2）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⁺水解生成氢氧化物沉淀，
故答案为：消耗溶液中的酸，促进Al³⁺和Fe³⁺水解生成氢氧化物沉淀；
（3）当Ni²⁺恰好完全沉淀 （此时溶液中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⁺的浓度为$\frac{8.4×10{\;}^{-45}}{1.4×10{\;}^{-19}}$=6.0×10^-26mol/L，
故答案为：6.0×10^-26；
（4）惰性电极作阳极，铁作阴极，则阳极上失去电子发生氧化反应，则阳极反应为MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，故答案为：MnO₄^2--e^-═MnO₄^-；
（5）准确测定一定体积燃煤尾气中SO₂含量，二氧化硫与氨水、NaOH反应不易控制，且加指示剂现象观察的滴定终点与反应终点误差大，而b、c中利用还原性及高锰酸钾褪色、淀粉变蓝等可准确测定气体的含量，故答案为：bc；
（6）SO₂与稀硫酸酸化的软锰矿发生氧化还原反应生成硫酸锰，反应方程式为SO₂+MnO₂=MnSO₄，由硫原子守恒，被吸收的SO₂的物质的量等于硫酸锰晶体的物质的量，则硫酸锰晶体的质量为$\frac{1000m{\;}^{3}×6.4g/m{\;}^{3}×90%}{64g/mol}$×169g/mol≈15.2kg，
故答案为：SO₂+MnO₂=MnSO₄； 15.2．

点评 本题以物质的制备实验考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，涉及氧化还原反应、盐类水解、溶度积计算、原子守恒计算等，把握流程分析及混合物分离方法、发生的反应为解答的关键，侧重分析与实验、计算能力的考查，综合性较强，题目难度中等．