Question

13．利用低品位軟錳礦漿（主要成分是MnO₂，少量的Fe³⁺、Al³⁺等）吸收高溫焙燒含硫廢渣產(chǎn)生的SO₂廢氣，制備硫酸錳晶體可實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用和環(huán)境治理．

已知，浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金屬離子．有關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀時(shí)的pH見表：

離子	開始沉淀時(shí)的pH	完全沉淀時(shí)的pH	加堿溶解的pH
Fe2+	7.6	9.7
Fe3+	2.7	3.7
Al3+	3.8	4.7	＞8.5
Mn2+	8.3	9.8

（1）寫出浸出過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式SO₂+MnO₂=MnSO₄．浸出過程中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，此轉(zhuǎn)化的離子反應(yīng)方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（2）寫出氧化過程中主要反應(yīng)的離子方程式：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O．
（3）①在氧化后的液體中加入石灰漿，用于調(diào)節(jié)pH，pH應(yīng)調(diào)節(jié)至4.7～8.3．
②若加入的石灰漿過多，會(huì)使得MnSO₄•H₂O晶體中含有較多雜質(zhì)，用離子反應(yīng)方程式表示其原因Al（OH）₃+3OH^-═AlO₂^-+2H₂O或Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
（4）下列各組試劑中，能準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量的是b、c（選填序號(hào)）．
a．NaOH溶液、酚酞試液  b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液  c．碘水、淀粉溶液  d．氨水、酚酞試液．

Answer 1

分析 高溫焙燒含硫廢渣產(chǎn)生的SO₂廢氣，軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，則MnO₂與SO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)，浸出液還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金屬離子，F(xiàn)e²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液體中加入石灰漿，雜質(zhì)中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺三種陽離子，由沉淀的pH范圍知，F(xiàn)e²⁺的沉淀與Mn²⁺離子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺則相差很遠(yuǎn)，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜，然后調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺陽離子通過調(diào)pH值，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時(shí)生成微溶的硫酸鈣，過濾，濾渣主要有氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣，由于制取的MnSO₄•H₂O含有結(jié)晶水，故操作a采用蒸發(fā)濃縮結(jié)晶的方法，得到MnSO₄•H₂O；
（1）從流程圖看，浸出過程是軟錳礦漿（MnO₂）與SO₂的反應(yīng)；三價(jià)鐵被二氧化硫還原成亞鐵離子；
（2）雜質(zhì)離子中只有Fe²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺；
（3）①從表可以看出，只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間，大于4.7可以將Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀；
②若加入的石灰漿過多，氫氧化鋁與氫氧化鈣反應(yīng)生成偏鋁酸根離子；
（4）根據(jù)物質(zhì)間能發(fā)生幾步反應(yīng)分析．

解答 解：（1）低品位軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，則MnO₂與SO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄，三價(jià)鐵被二氧化硫還原成亞鐵離子，離子反應(yīng)方程式為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，故答案為：SO₂+MnO₂=MnSO₄；2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（2）雜質(zhì)離子中只有Fe²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
（3）①雜質(zhì)中含有Fe³⁺、Al³⁺陽離子，從圖可表以看出，大于4.7可以將Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀，所以只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間即可．
故答案為：4.7～8.3；
②若加入的石灰漿過多，氫氧化鋁與氫氧化鈣反應(yīng)生成偏鋁酸根離子，所以離子反應(yīng)方程式為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O或Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O或Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
（4）a．二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉和二氧化硫、水又能反應(yīng)生成亞硫酸氫鈉，有兩步反應(yīng)，所以無法準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故a錯(cuò)誤．
 b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液和二氧化硫能發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使溶液褪色，只發(fā)生一步反應(yīng)，所以能準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故b正確．
 c．碘和二氧化硫能發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使溶液褪色，只發(fā)生一步反應(yīng)，所以能準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故c正確．
d．氨水和二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸銨，亞硫酸銨和二氧化硫和水又能反應(yīng)生成亞硫酸氫銨，有兩步反應(yīng)，所以無法準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故d錯(cuò)誤．
故答案為：b、c．

點(diǎn)評 本題以制備硫酸錳的生產(chǎn)流程為知識(shí)載體，考查化學(xué)反應(yīng)的書寫，及除雜中的問題，題目難度中等，本題注意把握數(shù)據(jù)處理能力和圖象分析能力．