Question

【題目】污染物的有效去除和資源的充分利用是化學造福人類的重要研究課題。某研究小組利用軟錳礦(主要成分為MnO2，另含少量鐵，鋁，銅等金屬化合物)作脫硫劑，通過如下簡化流程，既脫除燃煤尾氣中的SO2，又制得電池材料MnO2(反應條件已省略)。

請回答下列問題：

(1)上述流程脫硫實現了________(選填編號)。

a.廢棄物的綜合利用 b.白色污染的減少 c.酸雨的減少 d.臭氧層空洞的減少

(2)步驟I生成無水MnSO4的化學方程式是________。步驟IV生成無水MnO2的化學方程式是________。

(3)步驟I中，用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+，其原因是_______。濾渣M的成分是________。銅元素以________形式存在于濾渣N中。(寫化學式)

(4)產品MnO2可作超級電容材料，用惰性電極電解MnSO4溶液可以制得MnO2，則MnO2在________生成。(填電極名稱)

(5)假設脫除的SO2只與軟錳礦漿中MnO2反應。按照圖示流程，將2.0m3(標準狀況)含SO2的體積分數為60%的尾氣通入礦漿，若SO2的脫除率為89.6%，最終得到MnO2的質量10.44kg。則在除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質的過程中，所引入的錳元素為________kg。

Answer 1

【答案】ac MnO2+SO2=MnSO4 2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2↓+2H2SO4 消耗溶液中的酸，促進Al3+和Fe3+水解生成氫氧化物沉淀 Al(OH)3、Fe(OH)3 CuS 陽極 1.32

【解析】

二氧化硫能與二氧化錳反應生成MnSO4，用MnCO3能通過調節溶液的pH使溶液中Al3+和Fe3+轉化為Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀除去，MnS將銅、鎳離子還原為單質，高錳酸鉀能與硫酸錳反應生成二氧化錳，通過過濾獲得二氧化錳。據此解答。

(1)通過上述流程可以將含有SO2廢氣轉化為MnSO4，能降低SO2對空氣的污染，避免其形成酸雨，也減少了酸雨形成，因此脫硫實現了廢棄物的綜合利用，白色污染主要是塑料等難降解的物質形成的，臭氧空洞是由于氟鹵代烴等形成，這兩種環境問題都與SO2無關，故合理選項是ac；

(2)步驟I生成無水MnSO4的反應為二氧化錳和二氧化硫發生的反應，反應的化學方程式為：MnO2+SO2=MnSO4，步驟IV生成無水MnO2的反應是高錳酸鉀在水溶液中氧化Mn2+形成，根據電子守恒、原子守恒，可得反應化學方程式為：2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2↓+2H2SO4；

(3)由于碳酸錳能消耗溶液中的酸，降低溶液的酸性，從而促進Al3+和Fe3+水解平衡正向移動，生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，因此濾渣M主要成分為Al(OH)3、Fe(OH)3，Cu2+會和加入的MnS溶解電離產生的S2-離子生成更難溶的CuS沉淀；

(4)Mn2+在陽極失電子轉化為MnO2，陽極的電極反應式為：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；

(5)反應的二氧化硫的物質的量n(SO2)=×60%×89.6%=48 mol，根據SO2+MnO2=MnSO4可知生成硫酸錳的物質的量為48 mol，實際上最終生成的二氧化錳為10.44 kg，根據方程式2KMnO4+3MnSO4+2H2O=K2SO4+5MnO2↓+2H2SO4可知：每反應消耗3 mol MnSO4，會產生5 mol MnO2，則反應產生10.44 kg MnO2，即產生MnO210440 g，消耗的MnSO4的物質的量為n(MnSO4)==72 mol；除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質時，所引入的錳元素(72 mol-48 mol)=24 mol，相當于Mn元素的質量=24 mol×55 g/mol=1320 g=1.32 kg。