题目内容

17．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ac（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MnO2+SO2=MnSO4．
步骤IV生成无水MnO2的化学方程式是2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2+2H2SO4．
（3）步骤I中，用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+，其原因是消耗溶液中的酸，促进Al3+和Fe3+水解生成氢氧化物沉淀．滤渣M的成分是Al（OH）3、Fe（OH）3．铜元素以CuS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在阳极生成．（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2.0 m3（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1.32kg．

分析 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）SO2能形成酸雨，因此脱硫实现了废弃物的综合利用，同时也减少了酸雨形成；
（2）步骤I生成无水MnSO4的反应为二氧化锰和二氧化硫发生反应生成，步骤IV生成无水MnO2的反应是高锰酸钾在水溶液中氧化锰离子为二氧化锰；
（3）从消耗溶液中的酸，促进Al3+和Fe3+水解角度分析，生成氢氧化物沉淀，所以滤渣为氢氧化铝、氢氧化铁，铜离子会和硫离子生成更难溶的硫化铜；
（4）锰离子在阳极失电子发生氧化反应；
（5）SO2+MnO2=MnSO4，根据方程式结合元素守恒解题．

解答 解：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）白色污染主要是塑料等难降解的物质形成的，SO2能形成酸雨，因此脱硫实现了废弃物的综合利用，同时也减少了酸雨形成，所以ac正确，
故答案为：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反应生成，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锰离子为二氧化锰，反应的化学方程式为：2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2+2H2SO4，
故答案为：MnO2+SO2=MnSO4；2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2+2H2SO4；
（3）（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+水解生成氢氧化物沉淀，所以滤渣为氢氧化铝、氢氧化铁，铜离子会和硫离子生成更难溶的硫化铜，
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；Al（OH）3、Fe（OH）3；CuS；
（4）锰离子在阳极失电子：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，则MnO2在阳极上生成，故答案为：阳极；
（5）反应的二氧化硫的物质的量为 $\frac{2.0×1000}{22.4}$×60%×89.6%=48mol，
根据SO2+MnO2=MnSO4可知生成硫酸锰的物质的量为48mol，最终生成的二氧化锰为10.44kg，设消耗硫酸锰的物质的量为x．
2KMnO4+3MnSO4+2H2O═5MnO2+2H2SO4+K2SO4
       3            87×5
       x            10440g
x=72mol
除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素（72mol-48mol）=24mol，
相当于Mn元素的质量=24mol×55g/mol=1320g=1.32kg，
故答案为：1.32．

点评 本题通过二氧化锰的制备，考查了物质的分离、提纯方法及其综合应用，题目难度中等，明确制备原理为解答关键，注意掌握化学实验基本操作方法及物质的分离、提纯方法，试题充分培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．

练习册系列答案
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20．黑火药爆炸过程中发生反应的化学方程式为2KNO3+3C+S═K2S+N2↑+3CO2↑．下列说法正确的是（　　）
A．每生成55 g K2S转移电子数为6.02×1023
B．S和KNO3均为还原剂
C．反应过程中氮元素被还原
D．CO2为还原产物
1．CO2和H2在一定条件下可制的CH3OH．能量变化曲线如图，下列相关说法正确的是（　　）
A．反应物的总键能高于生成物的总键能
B．曲线a是使用了催化剂的能量变化曲线
C．热化学方程式为：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-91kJ•mol-1
D．CO（g）+2H2（g）?CH3OH（1）（g）△H＞-91kJ•mol-1
5．从废钒催化剂（主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等）中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下：

回答下列问题：
（1）①中废渣的主要成分是SiO2．
（2）②、③中的变化过程可简化为（下式中的R表示VO2+或Fe3+，HA表示有机萃取剂的主要成分）：
R2（SO4）n（水层）+2n HA（有机层）?2RAn（有机层）+n H2SO4（水层）．②中萃取时必须加入适量碱，其原因是加入碱中和产生的酸，平衡右移，提高钒的萃取率；③中反萃取时加入的X试剂是硫酸．
（3）完成④中反应的离子方程式：
1ClO3-+6VO2++6H+═6VO3++1（Cl-）+3（H2O）
（4）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表
pH1.31.41.51.61.71.81.92.02.1
钒沉淀率/%88.194.896.598.098.898.896.493.189.3
试判断在实际生产时，⑤中加入氨水调节溶液的最佳pH为1.7；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）3沉淀，则溶液中c（Fe3+）＜2.6×10-3．（已知：25℃时，Ksp（Fe（OH）3）=2.6×10-39．）
（5）写出废液Y中除H+之外的两种阳离子：Fe3+、VO3+、NH4+、K+（任写两种即可）．
（6）生产时，将②中的酸性萃余液循环用于①中的水浸．在整个工艺过程中，可以循环利用的物质还有有机萃取剂、氨水（或氨气）．
（7）全矾液流电池是一种新型电能储存和高效转化装置（如图所示，a、b均为惰性电极），已知：V2+为紫色，V3+为绿色，VO2+为蓝色，VO2+为黄色．当充电时，右槽溶液颜色由绿色变为紫色．则：

①全矾液流电池的工作原理为：VO2++V2++2H+ $?_{（）电}^{（）电}$VO2++H2O+V3+（请在可逆符号两侧的括号中填“充”、“放”）此时，b极接直流电源负极．
②放电过程中，a极的反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O，当转移1.0mol电子时共有1.0mol H+从右槽迁移进左槽（填“左”、“右”）．
12．如图是某化学兴趣小组设计的利用电子垃圾（含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt）制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：

已知下列信息：Cu可与稀硫酸和H2O2的混合液反应生成硫酸铜；铁、铝、铜等离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表：
沉淀物Fe（OH）3Al（OH）3Cu（OH）2
开始沉淀1.14.05.4
完全沉淀3.25.26.7
请回答下列问题：
（1）写出Cu与稀硫酸和H2O2的混合液反应的化学方程式（Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O．．
（2）在操作II中，x的取值范围是[5.2，5.4）．
（3）在操作III中，蒸发浓缩需要的玻璃仪器有玻璃棒、酒精灯、烧杯．
（4）由滤渣a制取Al2（SO4）3.18H2O，探究小组设计了三种方案：
甲：滤渣a$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$酸浸液$\stackrel{操作置}{→}$Al2（SO4）3.18H2O
乙：滤渣a$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$酸浸液$→_{过滤}^{适量Al粉}$过滤$\stackrel{操作置}{→}$Al2（SO4）3.18H2O
丙：滤渣a$→_{过滤}^{NaOH溶液}$滤液$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$溶液液$\stackrel{操作置}{→}$Al2（SO4）3.18H2O
综合考虑上述三种方案，最具可行性的是乙（填序号）．
（5）为测定CuSO4.5H2O晶体的纯度，进行下列实验：取a g 试样配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干扰离子后，用b mol．L-1EDTA（Na2H2Y）标准溶液滴定其中的Cu2+（离子方程式为Cu2++H2Y2-=CuY2-+2H+），滴定至终点，平均消耗EDTA溶液12.00mL，CuSO4.5H2O晶体的纯度是$\frac{15b}{a}$×100%．
2．如图为元素周期表的一部分，请参照元素①～⑩在表中的位置，用化学用语回答下列问题：

（1）画出⑦的原子结构示意图；写出其单质的一种重要用途用作半导体材料（或用作太阳能电池板或制作计算机芯片）．
（2）②、⑤、⑥的原子半径由大到小的顺序为Na＞Al＞C；⑦、⑧、⑨的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序是HClO4＞H2SO4＞H2SiO3；上述元素形成的气态氢化物最稳定的是HF．
（3）②的单质与⑧的最高价氧化物对应水化物的浓溶液能发生反应，其反应的化学方程式为C+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+2SO2↑+2H2O．
（4）表中⑤、⑥、⑨三种元素的最高价氧化物对应水化物之间可以两两发生反应，写出他们之间两两反应的离子方程式Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O；OH-+H+=H2O；Al（OH）3+3H+=Al3++3H2O．
（5）X、Y是中学化学中的常见物质，X、Y分别由元素④、⑤和②、④形成，X与Y的反应是潜水艇和呼吸面具中氧气的来源．X中含有的化学键类型是离子键、共价键；写出X、Y之间反应的化学方程式2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2；当反应中有3.01×1023个电子转移时，参加反应的Y的质量是22g．
9．甲醇是一种重要的有机化工原料，需求量巨大．目前我国独创的联醇工艺的核心是采用一氧化碳加氢中压合成法．主要反应如下：CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=-111.0kJ/mol
另有副反应：2CO+2H2O═CO2+CH4 等；中压法操作：压力为10-15MPa，温度控制在513K-543K，所用催化剂是CuO-ZnO-Al2O3．合成甲醇的流程如图所示，

请回答：
（1）实际生产中CO不能过量，以免生成羰基铁使催化剂失去活性，而氢气过量是有益的，指出两点理由：既可以防止或减少副反应发生、又可带走反应热避免催化剂过热而中毒．
（2）采取10-15MPa压力的作用是加压有利于提高CO转化率，但也增加了能源消耗和设备强度，故宜采取经济效益较好的压力；温度控制在513K-543K的原因是此温度下催化剂活性较高，甲醇产率较大．
（3）原料气中的H2S对铜催化剂影响甚重，故必先去除之，通常用生石灰除杂，该反应的化学方程式为H2S+CaO=CaS+H2O：
（4）粗甲醇中含有二甲醚等副产物，在常压下蒸馏粗甲醇，首先获得的馏分是CH3OCH3（写结构简式）；获得的甲醇又可在银催化下氧化成甲醛，该反应的化学方程式为：2CH3OH+O2 $→_{△}^{催化剂}$2HCHO+2H2O．
（5）若CO的转化率为80%，当有22.4M3（标况）CO与过量H2充分反应（不计其它副反应），可制得纯度为96%的甲醇的质量为26.67kg，同时获得热量8.88×104kJ．
6．某学习小组分别设计了下面两个装置，探究反应Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑的能量转化情况．图一装置中，当向盛有锌的试管中滴加稀硫酸时，观察到U形管中甲处液面下降乙处液面上升．图二装置中，电流计指针偏转，X电极产生大量气泡．

（1）该反应是放热反应（填“放热”或“吸热”），将物质的化学能转化成热能释放出来，反应过程能量变化可用甲图表示；
（2）图二装置是将化学能转化成电能；
（3）Y电极为负极，电极反应式是Zn-2e-=Zn2+；
（4）当Y电极的质量减少0.65g时，X电极产生的气体在标准状况下的体积是224mL．
7．下列有关化学用语的描述正确的是（　　）
A．NH4是氨气的分子式B．是Cl-的结构示意图
C．C2H4是乙烯的结构简式D．是氯化钠的电子式

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