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：

（3）已知：25℃、101kPa时，

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

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

（2）用离子方程式表示用MnCO₃除去Al³⁺和Fe³⁺的原理（任选其一即可）：_______________。

（3）用离子方程式表示用MnS除去Cu²⁺和Ni²⁺的原理（任选其一即可）：___________________________。

（4）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__________。

（5）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__________。

（6）假设脱硫的SO₂只与软锰矿浆中MnO₂反应．按照图示流程，将am³（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ckg，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）MnO2(s)+SO2(g)=MnSO4(s) △H=-248kJ/mol

（2）3MnCO3+2Al3+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2↑+3Mn2+或3MnCO3+2Fe3++3H2O=2Fe（OH）3↓+3CO2↑+3Mn2+；

（3）MnS+Cu2+=CuS↓+Mn2+ 或MnS+Ni2+=NiS↓+Mn2+

（4）MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-

（5）Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+

（6）

【解析】

试题分析：（1）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；

（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，反应的离子方程式为：3MnCO3+2Al3+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2↑+3Mn2+或3MnCO3+2Fe3++3H2O=2Fe（OH）3↓+3CO2↑+3Mn2+；（3）用MnS除去Cu2+和Ni2+的原理是利用沉淀转化实现离子除杂，反应的离子方程式为：MnS+Cu2+=CuS↓+Mn2+ 或MnS+Ni2+=NiS↓+Mn2+；（4）二氧化锰得电子生成MnO(OH)，MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-；（5）锰离子在阳极失电子：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；（6）反应的二氧化硫的物质的量为(a×1000)÷22.4mol/L×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

得除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素 mol，

相当于MnO2的质量mol×87g/mol=（600c-0.4ab×87）g= kg。

【考点定位】考查热化学方程式、原电池、电解池和化学计算等

【名师点晴】本题主要是考查学生结合工业流程，对实验原理与实验操作的理解、物质分离提纯、元素化合物性质、电化学理论、化学计算等，难度中等，明确实验原理是解题的关键，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力。设计实验方案时，要注意用最少的药品和最简单的方法；关于对实验设计方案的评价，要在两个方面考虑，一是方案是否可行，能否达到实验目的；二是设计的方法进行比较，哪种方法更简便。

基本思路：

基本步骤：

（1）认真审题，明确实验目的，找出实验原理。

（2）根据实验原理选择仪器和药品，并设计出合理的实验装置和操作步骤。

（3）准确地记录实验过程中的实验现象和数据，并运用分析、计算、图表、推理等方法处理有关实验现象和数据，得出正确的结论。