Question

工業上以軟錳礦為原料，利用燒結煙氣中的SO₂制備MnSO₄?H₂O的流程如下：

某軟錳礦的主要成分為MnO₂，還含有Si（16.27%）、Fe（5.86%）、Al（3.42%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物．酸浸過程發生反應：Me_mO_n+H⁺→Me^（2n/m）++H₂O，Me表示Fe、Al、Zn、Cu等．25℃時部分陽離子以氫氧化物或硫化物的形式完全沉淀時溶液的pH見下表：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2	CuS	ZnS	MnS	FeS
pH	5.2	3.2	9.7	10.4	6.7	8.0	≥-0.42	≥2.5	≥7	≥7

回答下列問題：
（1）酸浸時SO₂將MnO₂還原為MnSO₄，其離子方程式為

 

．酸浸時SO₂的吸收率與pH和溫度的關系如下圖，為提高SO₂的吸收率，酸浸適宜的條件是

 

．

（2）濾渣B的主要成分是

 

．
（3）加入MnS的目的是

 

．
（4）操作IV的步驟為

 

、

 

、過濾、洗滌、干燥．
（5）MnO₂的生產方法之一是以石墨為電極，在不斷攪拌情況下，電解酸化的MnSO₄溶液，陽極的電極反應式為：

 

．
（6）已知金屬離子濃度小于1.0×10^-5mol/L時認為已經完全沉淀，根據表格數據，計算25℃時Zn（OH）₂溶度積K_sp為

 

（不需計算過程）．

Answer 1

分析：（1）根據酸浸時SO₂將MnO₂還原為MnSO₄，根據元素守恒寫出離子方程式；根據圖1和圖2分析判斷；
（2）由題目信息可知，酸浸后的過濾液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，結合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH進行判斷．
（3）根據工藝流程及硫化物的K_sp判斷．
（4）根據從溶液中分離溶質的操作分析；
（5）Mn²⁺在陽極失去電子生成MnO₂；
（6）根據表中數據，利用K_sp=c（Zn²⁺）．c²（OH^-）計算．

解答：解：（1）根據酸浸時SO₂將MnO₂還原為MnSO₄，所以其反應離子方程式為MnO₂+SO₂=Mn²⁺+SO₄^2-；根據圖1可知pH為3左右SO₂的吸收率高，根據圖2可知溫度為40℃左右SO₂的吸收率高；
故答案為：MnO₂+SO₂=Mn²⁺+SO₄^2-；pH為3左右、溫度為40℃左右；
（2）酸浸后的過濾液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，加氨水調pH至5.4，結合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH可知，Fe³⁺、Al³⁺完全轉化為Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，其它離子不沉淀，故濾渣B的主要成分為Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
故答案為：Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
（3）根據題中硫化物的K_sp可知，加入MnS是為了生成溶解度更小的CuS、ZnS而除去Cu²⁺、Zn²⁺．
故答案為：Cu²⁺、Zn²⁺；
（4）從溶液中分離溶質，要先蒸發濃縮，然后冷卻結晶，然后過濾、洗滌、干燥，
故答案為：蒸發濃縮，冷卻結晶；
（5）Mn²⁺在陽極失去電子生成MnO₂，其電極反應式應為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
（6）當溶液的pH=8.0時，Zn²⁺完全沉淀，溶液中c（Zn²⁺）≈10^-5mol?L^-1，K_sp=c（Zn²⁺）．c²（OH^-）=10^-5?（10^-6）²=1.0×10^-17，
故答案為：1.0×10^-17．

點評：本題考查學生對元素及其化合物的主要性質的掌握、書寫電極反應方程式、閱讀題目獲取新信息能力、對工藝流程的理解等，難度中等，需要學生具備扎實的基礎與綜合運用知識、信息分析解決問題能力．