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。工業上以硫鐵礦為原料制硫酸所產生的尾氣除了含有N2、O2外，還含有SO2。為了保護環境，同時提高硫酸工業的綜合經濟效益，應盡可能將尾氣中的SO2轉化為有用的產品。

治理方案Ⅰ：

（1）將尾氣通入氨水中，能發生多個反應，寫出其中可能發生的兩個氧化還原反應的化學方程式：_______________、_______________。

治理方案Ⅱ：

某研究小組利用軟錳礦（主要成分為MnO2，另含有少量鐵、鋁、銅、鎳等金屬化合物）作脫硫劑，通過如下流程既去除尾氣中的SO2，又制得電池材料MnO2 （反應條件已省略）。

請回答下列問題：

（2）用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+其原因是___________________________，用MnS除去溶液中的Cu2+的離子方程式為_______________。

（3）流程圖④過程中發生的主要反應的化學方程式為___________________。

（4）MnO2可作超級電容器材料。工業上用下圖所示裝置制備MnO2。接通電源后，A電極的電極反應式為：_______________，當制備lmol MnO2，則膜兩側電解液的質量變化差（△m左-△m右）為_______________g。

Answer 1

【答案】 2H2SO3＋O2＝2H2SO4 2(NH4)2SO3＋O2＝2(NH4)2SO4 2NH4HSO3＋O2＝2NH4HSO4（任填兩個） 消耗溶液中的酸，促進Al3+和Fe3+水解生成氫氧化物沉淀 MnS(s)+Cu2+(aq)=CuS(s)+Mn2+(aq) 2KMnO4+3MnSO4+2H2O=5MnO2↓+K2SO4+2 H2SO4 Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+ 89

【解析】由流程可知，二氧化硫能與二氧化錳反應生成硫酸錳，用MnCO3調節溶液pH，使溶液中Al3+和Fe3+轉化為沉淀，過濾除去，MnS將銅、鎳離子還原為單質，過濾分離，濾液中加入高錳酸鉀與硫酸錳反應生成二氧化錳，通過過濾獲得二氧化錳。

(1)制硫酸所產生的尾氣除了含有N2、O2外，還含有SO2。將尾氣通入氨水中，能發生多個反應，其中可能發生的氧化還原反應有2H2SO3＋O2＝2H2SO4、2(NH4)2SO3＋O2＝2(NH4)2SO4、2NH4HSO3＋O2＝2NH4HSO4，故答案為：2H2SO3＋O2＝2H2SO4、2(NH4)2SO3＋O2＝2(NH4)2SO4、2NH4HSO3＋O2＝2NH4HSO4(任填兩個)；

(2)用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+，其原因是：消耗溶液中的酸，促進Al3+和Fe3+水解生成氫氧化物沉淀，用MnS除去溶液中的Cu2+的離子方程式為：MnS(s)+Cu2+(aq)=CuS(s)+Mn2+(aq)，故答案為：消耗溶液中的酸，促進Al3+和Fe3+水解生成氫氧化物沉淀；MnS(s)+Cu2+(aq)=CuS(s)+Mn2+(aq)；

(3)高錳酸鉀與硫酸錳反應生成二氧化錳，還生成硫酸鉀，由元素守恒可知還生成硫酸，反應方程式為：2KMnO4+3MnSO4+2H2O=5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4，故答案為：2KMnO4+3MnSO4+2H2O=5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4；

(4)MnO2可作超級電容器材料．電解硫酸錳溶液制備MnO2，Mn元素發生氧化反應，由裝置圖可知，B電極上有氣體生成，發生還原反應，應是氫離子放電生成氫氣，A為陽極，陽極上是Mn2+失去電子得到MnO2，由電荷守恒可知還有H+生成，氫離子通過質子交換膜移向右室，陽極電極反應式為：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，根據電子轉移可知移向右室的氫離子生成氫氣，右室電解質溶液質量不變，兩側電解液的質量變化差為二氧化錳與移向右室氫離子的質量，當制備1mol MnO2，轉移電子為2mol，則移向右室的氫離子為2mol，則膜兩側電解液的質量變化差(△m左-△m右)為1mol×87g/mol+2mol×1g/mol=89g，故答案為：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；89。