Question

3．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，通过如下简化流程脱除燃煤尾气中的SO₂，同时制得电池材料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．
（3）已知K_sp（CuS）=8.4×10^-45，K_sp（NiS）=1.4×10^-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）工业上采用惰性电极电解K₂MnO₄水溶液的方法来生产KMnO₄，请写出阳极的电极反应式MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，电解总反应的化学方程式2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2KMnO₄+H₂↑+2KOH．
（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）除杂后得到的MnSO₄溶液可以通过bca制得硫酸锰晶体．（MnSO₄•H₂O，相对分子质量为169）
a．过滤     b．蒸发浓缩     c．冷却结晶    d．灼烧
（7）已知废气中SO₂浓度为8.4g/m³，软锰矿浆对SO₂的吸收率可达90%，则处理1000m³燃煤尾气，可得到硫酸锰晶体质量为20.0kg（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，则阳极上失去电子发生氧化反应，MnO₄^2-被氧化成MnO₄^-，阴极上水中的氢得电子生成氢气，据此书写电解的总反应；
（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）从溶液中获得带结晶水的晶体，一般要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等；
（7）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：烧杯、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^-，阴极上水中的氢得电子生成氢气，所以电解的总反应为2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2KMnO₄+H₂↑+2KOH，
故答案为：MnO₄^2--e^-═MnO₄^-；2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2KMnO₄+H₂↑+2KOH；
（5）准确测定一定体积燃煤尾气中SO₂含量，二氧化硫与氨水、NaOH反应不易控制，且加指示剂现象观察的滴定终点与反应终点误差大，而b、c中利用还原性及高锰酸钾褪色、淀粉变蓝等可准确测定气体的含量，
故选bc；
（6）从溶液中获得带结晶水的晶体，一般要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等，故选bca；
（7）SO₂与稀硫酸酸化的软锰矿发生氧化还原反应生成硫酸锰，反应方程式为SO₂+MnO₂=MnSO₄，由硫原子守恒，被吸收的SO₂的物质的量等于硫酸锰晶体的物质的量，则硫酸锰晶体的质量为$\frac{1000m{\;}^{3}×8.4g/m{\;}^{3}×90%}{64g/mol}$×169g/mol≈20.0kg，
故答案为：20.0．

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．