Question

5．軟錳礦的主要成分是二氧化錳，用軟錳礦漿吸收工業廢氣中的二氧化硫，可以制高純度的硫酸錳晶體，其流程如圖所示：

已知：浸出液中的金屬陽離子主要是Mn²⁺，還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等，且pH＜2．幾種離子開始沉淀和完全沉淀時的pH如右表所示：

離子	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
Fe2+	7.6	9.7
Fe3+	2.7	3.7
Al3+	3.8	4.7
Mn2+	8.3	9.8

根據上述流程，回答下列問題：
（1）寫出二氧化錳與二氧化硫反應的化學方程式：SO₂+MnO₂═MnSO₄．
（2）浸出液的pH＜2，從上述流程看，可能的原因為二氧化硫溶于水發生反應：SO₂+H₂O=H₂SO₃，生成的H₂SO₃部分電離：H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-
（用化學用語和必要的文字說明）．
（3）用離子方程式表示加入二氧化錳的作用：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（4）從表中數據來看，能不能取消“加入二氧化錳”的步驟？原因是pH=9.7時Fe²⁺才完全沉淀，而pH=8.3時Mn²⁺已經開始沉淀．
（5）下列試劑能替代二氧化錳的是A（填序號）．
A．雙氧水  B．氯水     C．高錳酸鉀溶液  D．次氯酸鈉
（6）有同學認為可以用碳酸錳（MnCO₃）或氫氧化錳[Mn（OH）₂]替代石灰乳，你是否同意此  觀點？簡述理由：同意，鐵離子、鋁離子水解程度比錳離子大，加熱碳酸錳或氫氧化錳與氫離子反應，促進鐵離子、鋁離子水解，進而轉化為沉淀，再通過過濾除去．
（7）從含硫酸錳的濾液中提取硫酸錳晶體的操作是蒸發濃縮、降溫結晶；過濾．利用 廢渣能提取高純度的鐵紅，簡述其操作過程：將濾渣溶于足量的氫氧化鈉溶液中，再進行過濾、洗滌、干燥，最后灼燒可得氧化鐵．

Answer 1

分析 由浸出液中的金屬陽離子主要是Mn²⁺，可知浸出時主要發生反應：SO₂+MnO₂═MnSO₄，浸出液中含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等，由離子開始沉淀及沉淀完全的pH可知，加入二氧化錳氧化過程，是將亞鐵離子轉化為鐵離子，再加入石灰乳，調節溶液pH值，使鐵離子、鋁離子轉化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，再進行過濾，濾渣中主要有氫氧化鋁、氫氧化鋁，濾液為硫酸錳溶液，再通過蒸發濃縮、降溫結晶，最后過濾得到硫酸錳晶體．
（1）二氧化錳與二氧化硫反應生成硫酸錳；
（2）由于二氧化硫溶于水生成H₂SO₃，H₂SO₃部分電離會使浸出液pH＜2；
（3）加入二氧化錳氧化過程，是將亞鐵離子轉化為鐵離子，自身被還原為錳離子，同時生成水；
（4）由表中數據可知，pH=9.7時Fe²⁺才完全沉淀，而pH=8.3時Mn²⁺已經開始沉淀；
（5）替代二氧化錳的試劑應具有強氧化性，且不能引入雜化；
（6）鐵離子、鋁離子水解程度比錳離子大，加熱碳酸錳或氫氧化錳與氫離子反應，促進鐵離子、鋁離子水解；
（7）濾渣中主要有氫氧化鋁、氫氧化鋁，應將濾渣溶于足量的氫氧化鈉溶液中，除去氫氧化鋁，再進行過濾、洗滌、干燥，最后灼燒可得氧化鐵．

解答 解：由浸出液中的金屬陽離子主要是Mn²⁺，可知浸出時主要發生反應：SO₂+MnO₂═MnSO₄，由于二氧化硫溶于水生成H₂SO₃，H₂SO₃部分電離會使浸出液pH＜2，浸出液中含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等，由離子開始沉淀及沉淀完全的pH可知，加入二氧化錳氧化過程，是將亞鐵離子轉化為鐵離子，再加入石灰乳，調節溶液pH值，使鐵離子、鋁離子轉化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，再進行過濾，濾渣中主要有氫氧化鋁、氫氧化鋁，濾液為硫酸錳溶液，再通過蒸發濃縮、降溫結晶，最后過濾得到硫酸錳晶體．
（1）由上述分析可知，二氧化錳與二氧化硫反應的化學方程式為SO₂+MnO₂═MnSO₄，故答案為：SO₂+MnO₂═MnSO₄；
（2）二氧化硫溶于水發生反應：SO₂+H₂O=H₂SO₃，生成的H₂SO₃部分電離：H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，使浸出液的pH＜2，
故答案為：二氧化硫溶于水發生反應：SO₂+H₂O=H₂SO₃，生成的H₂SO₃部分電離：H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-；
（3）加入二氧化錳氧化過程，是將亞鐵離子轉化為鐵離子，反應離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
 故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（4）由表中數據可知，pH=9.7時Fe²⁺才完全沉淀，而pH=8.3時Mn²⁺已經開始沉淀，不能能取消“加入二氧化錳”的步驟，故答案為：不能，pH=9.7時Fe²⁺才完全沉淀，而pH=8.3時Mn²⁺已經開始沉淀；
（5）替代二氧化錳的試劑應具有強氧化性，且不能引入雜化，氯氣、酸性高錳酸鉀、次氯酸均會引入雜質離子，而雙氧水可以氧化亞鐵離子為鐵離子，同時生成水，不引入雜質離子，故選A；
（6）鐵離子、鋁離子水解程度比錳離子大，加熱碳酸錳或氫氧化錳與氫離子反應，促進鐵離子、鋁離子水解，進而轉化為沉淀，再通過過濾除去，同意該同學的觀點，
故答案為：同意，鐵離子、鋁離子水解程度比錳離子大，加熱碳酸錳或氫氧化錳與氫離子反應，促進鐵離子、鋁離子水解，進而轉化為沉淀，再通過過濾除去；
（7）從含硫酸錳的濾液中提取硫酸錳晶體的操作是：蒸發濃縮、降溫結晶、過濾；
濾渣中主要有氫氧化鋁、氫氧化鋁，提取高純度的鐵紅的方案為：將濾渣溶于足量的氫氧化鈉溶液中，再進行過濾、洗滌、干燥，最后灼燒可得氧化鐵．
故答案為：蒸發濃縮、降溫結晶；過濾；將濾渣溶于足量的氫氧化鈉溶液中，再進行過濾、洗滌、干燥，最后灼燒可得氧化鐵．

點評 本題考查化學工藝流程、物質的分離提純、對實驗操作的分析評價、對數據的分析運用、實驗方案設計等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．