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生的SO₂廢氣，制備硫酸錳晶體可實現資源的綜合利用和環境治理．

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．有關金屬離子形成氫氧化物沉淀時的pH見表：

離子	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的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的化學方程式SO₂+MnO₂=MnSO₄．浸出過程中Fe³⁺轉化為Fe²⁺，此轉化的離子反應方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（2）寫出氧化過程中主要反應的離子方程式：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O．
（3）①在氧化后的液體中加入石灰漿，用于調節pH，pH應調節至4.7～8.3．
②若加入的石灰漿過多，會使得MnSO₄•H₂O晶體中含有較多雜質，用離子反應方程式表示其原因Al（OH）₃+3OH^-═AlO₂^-+2H₂O或Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
（4）下列各組試劑中，能準確測定尾氣中SO₂含量的是b、c（選填序號）．
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發生氧化還原反應，浸出液還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金屬離子，Fe²⁺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，雜質中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺三種陽離子，由沉淀的pH范圍知，Fe²⁺的沉淀與Mn²⁺離子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺則相差很遠，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜，然后調節pH值在4.7～8.3間，Fe³⁺、Al³⁺陽離子通過調pH值，轉化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時生成微溶的硫酸鈣，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含有結晶水，故操作a采用蒸發濃縮結晶的方法，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；三價鐵被二氧化硫還原成亞鐵離子；
（2）雜質離子中只有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，只要調節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生成偏鋁酸根離子；
（4）根據物質間能發生幾步反應分析．

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發生氧化還原反應，反應的化學方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄，三價鐵被二氧化硫還原成亞鐵離子，離子反應方程式為：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，所以只要調節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生成偏鋁酸根離子，所以離子反應方程式為：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生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉和二氧化硫、水又能反應生成亞硫酸氫鈉，有兩步反應，所以無法準確測定尾氣中SO₂含量，故a錯誤．
 b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液和二氧化硫能發生氧化還原反應而使溶液褪色，只發生一步反應，所以能準確測定尾氣中SO₂含量，故b正確．
 c．碘和二氧化硫能發生氧化還原反應而使溶液褪色，只發生一步反應，所以能準確測定尾氣中SO₂含量，故c正確．
d．氨水和二氧化硫反應生成亞硫酸銨，亞硫酸銨和二氧化硫和水又能反應生成亞硫酸氫銨，有兩步反應，所以無法準確測定尾氣中SO₂含量，故d錯誤．
故答案為：b、c．

點評 本題以制備硫酸錳的生產流程為知識載體，考查化學反應的書寫，及除雜中的問題，題目難度中等，本題注意把握數據處理能力和圖象分析能力．