Question

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)上述流程脱硫实现了____(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能除去溶液中的Al^3＋和Fe^3＋，其原因是________________________________。

(3)已知：25 ℃、101 kPa时，

Mn(s)＋O₂(g)===MnO₂(s)　ΔH＝－520 kJ/mol

S(s)＋O₂(g)===SO₂(g)　ΔH＝－297 kJ/mol

Mn(s)＋S(s)＋2O₂(g)===MnSO₄(s)　

ΔH＝－1065 kJ/mol

SO₂与MnO₂反应生成无水MnSO₄的热化方程式是____________________________________。

(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________________________________。

(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________________。

(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________kg。

Answer 1

(1)A、C

(2)消耗溶液中的酸，促进Al^3＋和Fe^3＋水解生成氢氧化物沉淀

(3)MnO₂(s)＋SO₂(g)===MnSO₄(s)

ΔH＝－248 kJ/mol

(4)Mn^2＋＋2H₂O－2e^－===MnO₂＋4H^＋

(5)MnO₂＋H₂O＋e^－===MnO(OH)＋OH^－

(6)

[解析] (1)脱硫的目的是减少产生SO₂，进而减少酸雨的产生，同时可对废弃物综合利用。则A、C项符合题意。(2)加入MnCO₃消耗溶液中的H^＋，促使Al^3＋和Fe^3＋的水解平衡正向移动，生成氢氧化物沉淀除去。(3)将已知3个热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，可知：MnO₂(s)＋ SO₂ (g)===MnSO₄(s)　ΔH＝③－(①＋②)＝－248 kJ/mol。(4)电解池中阳极失去电子发生氧化反应，则用惰性电极电解MnSO₄溶液可制得MnO₂，则阳极是Mn^2＋放电，其阳极电极反应式为Mn^2＋＋2H₂O－2e^－===MnO₂ ＋ 4H^＋。(5)原电池中正极得到电子发生还原反应，在碱性锌锰电池放电时，正极是二氧化锰得到电子，则正极电极反应式为MnO₂＋H₂O＋e^－===MnO(OH)＋OH^－。(6)KMnO₄与MnSO₄反应生成MnO₂的质量为c kg，根据氧化还原反应化合价升降法配平的关系式为：

2KMnO₄＋3MnSO₄～5MnO₂

　　　3 mol　　5 mol

　　　　x　　 mol

求得：x＝ mol(MnSO₄总的物质的量)

MnO₂＋　　SO₂　　===　　　　MnSO₄

　　　1 mol　　　　　　　　1 mol

　　 mol　y

求得：y＝0.4ab mol  

除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰相当于MnO₂的物质的量＝x－y＝ mol－0.4ab mol，则所引入的锰相当于MnO₂的质量＝( mol－0.4ab mol)×＝ kg。