Question

10．軟錳礦的主要成分為MnO₂，還含有Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、CaO、SiO₂等雜質(zhì)，工業(yè)上用軟錳礦制取MnSO₄•H₂O的流程如下：

已知：①部分金屬陽離子完全沉淀時的pH如下表

金屬陽離子	Fe3+	Al3+	Mn2+	Mg2+
完全沉淀時的pH值	3.2	5.2	10.4	12.4

②溫度高于27℃時，MnSO₄晶體的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低．
（1）“浸出”過程中MnO₂轉(zhuǎn)化為Mn²⁺的離子方程式為MnO₂+SO₂=SO₄^2-+Mn²⁺；
（2）調(diào)pH至5-6的目的是沉淀Fe³⁺和Al³⁺，調(diào)pH至5-6所加的試劑可選擇bc（填以下試劑的序號字母）；
a．NaOH   b．MgO    c．CaO   d．氨水
（3）第2步除雜，主要是將Ca²⁺、Mg²⁺轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氟化物沉淀除去，寫出MnF₂除去Mg²⁺的離子反應(yīng)方程式MnF₂+Mg²⁺=Mn²⁺+MgF₂，該反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值為7.2×10⁷．
（已知：MnF₂的K_SP=5.3×10^-3； CaF₂的K_SP=1.5×10^-10；MgF₂的K_SP=7.4×10^-11）
（4）取少量MnSO₄•H₂O溶于水，配成溶液，測其pH發(fā)現(xiàn)該溶液顯酸性，原因是Mn²⁺+H₂O=Mn（OH）₂+2H⁺（用離子方程式表示），該溶液中所有離子的濃度由大到小的順序為c（SO₄^2-）＞c（Mn²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 由流程可知，軟錳礦的主要成分為MnO₂，還含有Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、CaO等雜質(zhì)，加硫酸溶解后，發(fā)生SO₂+MnO₂═MnSO₄，調(diào)節(jié)pH，由氫氧化物的沉淀pH可知，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾渣I為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后除去鈣離子，結(jié)合表格數(shù)據(jù)可知CaF₂的溶度積較小，且不引入新雜質(zhì)加MnF₂，最后蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾（防止低溫MnSO₄•H₂O溶解而減少），以此來解答．
（1）根據(jù)FeSO₄在反應(yīng)條件下將MnO₂還原為MnSO₄，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺；
（2）調(diào)節(jié)pH至5～6，由氫氧化物的沉淀pH可知，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾渣I為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，除雜過程中不能引入新雜質(zhì)；
（3）氟化錳是難溶物，書寫離子方程式用化學(xué)式，反應(yīng)方程式為：MnF₂+Mg²⁺═Mn²⁺+MgF₂；K=$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$；
（4）MnSO₄是強(qiáng)酸弱堿鹽，水解呈酸性，方程式為：Mn²⁺+H₂O?Mn（OH）₂+2H⁺；離子濃度大小為：不水解離子＞水解的離子＞顯性的離子＞隱性的離子．

解答 解：由流程可知，軟錳礦的主要成分為MnO₂，還含有Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、CaO等雜質(zhì)，加硫酸溶解后，發(fā)生SO₂+MnO₂═MnSO₄，調(diào)節(jié)pH，由氫氧化物的沉淀pH可知，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾渣I為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后除去鈣離子，結(jié)合表格數(shù)據(jù)可知CaF₂的溶度積較小，且不引入新雜質(zhì)加MnF₂，最后蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾（防止低溫MnSO₄•H₂O溶解而減少），
（1）根據(jù)FeSO₄在反應(yīng)條件下將MnO₂還原為MnSO₄，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，故“浸出”過程中MnO₂轉(zhuǎn)化為Mn²⁺的離子方程式為SO₂+MnO₂═Mn²⁺+SO₄^2-，故答案為：SO₂+MnO₂═Mn²⁺+SO₄^2-；
（2）調(diào)節(jié)pH至5～6，由氫氧化物的沉淀pH可知，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾渣I為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，除雜過程中不能引入新雜質(zhì)，所以可加氧化鈣和氧化鎂調(diào)節(jié)溶液的PH，故答案為：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；a、b；
（3）氟化錳是難溶物，書寫離子方程式用化學(xué)式，反應(yīng)方程式為：MnF₂+Mg²⁺═Mn²⁺+MgF₂；K=$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{c（M{n}^{2+}）{c}^{2}（{F}^{-}）}{c（M{g}^{2+}）{c}^{2}（{F}^{-}）}$=7.2×10⁷，
故答案為：MnF₂+Mg²⁺═Mn²⁺+MgF₂；7.2×10⁷；
（4）MnSO₄是強(qiáng)酸弱堿鹽，水解呈酸性，方程式為：Mn²⁺+H₂O?Mn（OH）₂+2H⁺；離子濃度大小為：不水解離子＞水解的離子＞顯性的離子＞隱性的離子，所以離子濃度大小為：c（SO₄^2-）＞c（Mn²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案為：Mn²⁺+H₂O?Mn（OH）₂+2H⁺；c（SO₄^2-）＞c（Mn²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

點評 本題考查混合物分離提純的綜合應(yīng)用，為高頻考點，把握流程分析及混合物分離方法、發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗?zāi)芰Φ目疾椋�題目難度中等．