Question

12．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．某化学研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO₂，另含有少量头铁、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（反应条件已略去）．

请回答下列问题：
（1）上述流程脱硫实现了A、C（选填下列字母编号）．
A．废弃物的综合利用     B．白色污染的减少      C．酸雨的减少
（2）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．
（3）已知：25℃、101kp_a时，Mn（s）+O₂（g）═MnO₂（s）△H=-520kJ/mol
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297kJ/mol
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）═MnSO₄（s）△H=-1065kJ/mol
SO₂与MnO₂反应生成无水MnSO₄的热化学方程式是MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=-248kJ/mol．
（4）MnO₂可作超级电容器材料．用惰性电极电解MnSO₄溶液可制得MnO₂，其阳极的电极反应式是Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺．
（5）MnO₂是碱性锌锰电池的正极材料．碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-．
（6）假设脱除的SO₂只与软锰矿浆中的MnO₂反应．按照图示流程，将a m³（标准状况）含SO₂的体积分数为b%的尾气通入矿浆，若SO₂的脱除率为89.6%，最终得到MnO₂的质量为c kg，则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于MnO₂$\frac{1500c-87ab}{2500}$kg．

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）脱硫能减少酸雨；
（2）MnCO₃消耗溶液中的酸，促进Al³⁺和Fe³⁺水解；
（3）根据盖斯定律解题，Mn（s）+O₂（g）═MnO₂（s）△H=-520kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297kJ•mol^-1
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）═MnSO₄（s）△H=-1065kJ•mol^-1
将③-②-①可得；
（4）锰离子在阳极失电子生成二氧化锰；
（5）二氧化锰得电子碱溶液中生成MnO（OH）；
（6）SO₂+MnO₂=MnSO₄，根据方程式结合元素守恒解题，反应的二氧化硫的物质的量为 $\frac{a×1000}{22.4}$×b%×89.6%=0.4abmol，根据SO₂+MnO₂=MnSO₄可知生成硫酸锰的物质的量为0.4abmol，最终生成的二氧化锰为c kg．

解答 解：（1）脱硫能减少酸雨和废物在利用，白色污染的减少是塑料的减少和流程无关，
故答案为：AC；
（2）MnCO₃消耗溶液中的酸，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）Mn（s）+O₂（g）═MnO₂（s）△H=-520kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297kJ•mol^-1
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）═MnSO₄（s）△H=-1065kJ•mol^-1
将③-②-①可得MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=-248kJ/mol，
故答案为：MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=-248kJ/mol；
（4）锰离子在阳极失电子：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，
故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
（5）二氧化锰得电子生成MnO（OH），MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-，
故答案为：MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-；
（6）反应的二氧化硫的物质的量为 $\frac{a×1000}{22.4}$×b%×89.6%=0.4abmol，根据SO₂+MnO₂=MnSO₄可知生成硫酸锰的物质的量为0.4abmol，最终生成的二氧化锰为c kg，设消耗硫酸锰的物质的量为x，
2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂+2H₂SO₄+K₂SO₄
         3         87×5
         x         1000c      
x=$\frac{3000c}{435}$
除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素（$\frac{3000c}{435}$-0.4ab）mol，
相当于MnO₂的质量（$\frac{3000c}{435}$-0.4ab）mol×87g/mol=（600c-0.4ab×87）g=$\frac{1500c-87ab}{2500}$kg，
故答案为：$\frac{1500c-87ab}{2500}$．

点评 本题考查热化学方程式、原电池、电解池和化学计算等，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，难度中等．