Question

3．減少SO₂的排放、回收利用SO₂已成為世界性的研究課題．我國研究人員設計的利用低品位軟錳礦漿（主要成分是MnO₂）吸收高溫焙燒廢渣產(chǎn)生的SO₂來制備硫酸錳的生產(chǎn)流程如圖1：

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⁺、Ca²⁺、Pb²⁺等其他金屬離子．有關金屬離子的半徑以及形成氫氧化物沉淀時的pH如表所示，陽離子吸附劑吸附金屬離子的效果如圖2所示．

離子	離子半徑（pm）	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
Fe2+	74	7.6	9.7
Fe3+	64	2.7	3.7
Al3+	50	3.8	4.7
Mn2+	80	8.3	9.8
Pb2+	121	8.0	8.8
Ca2+	99

已知PbO₂的氧化性大于MnO₂的氧化性．請回答下列問題：
（1）廢渣的主要成分是硫鐵礦，1molFeS₂高溫焙燒轉移11mol電子．
（2）在氧化后的浸出液中加入石灰漿，用于調(diào)節(jié)浸出液的pH，pH應調(diào)節(jié)至4.7～8.3．
（3）陽離子吸附劑用于除去雜質(zhì)金屬離子．決定陽離子吸附劑吸附效果的因素是BCD（填寫序號）．
A．溶液的pH
B．金屬離子的電荷
C．金屬離子的半徑
D．吸附時間
（4）操作a包括蒸發(fā)、濃縮、結晶等過程．

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，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⁺、Pb²⁺四種陽離子，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，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．從吸附率的圖可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率較高，故只要調(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(fā)濃縮結晶的方法，得到MnSO₄•H₂O，
（1）根據(jù)反應：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，可知1mol FeS₂與O₂反應，轉移11mol電子；
（2）從吸附率的圖可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率較高，故只要調(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；
（3）結合半徑，分析右圖知，圖中離子從上至下，半徑有減小趨勢，對應的吸附率減小．隨著時間的遞增，所有離子的吸附率均增大；另Fe³⁺和Al³⁺離子所帶電荷數(shù)大，其吸附率低；
（4）由于制取的MnSO₄•H₂O含有結晶水，故采用蒸發(fā)濃縮結晶的方法．

解答 解：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，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⁺、Pb²⁺四種陽離子，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，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．從吸附率的圖可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率較高，故只要調(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(fā)濃縮結晶的方法，得到MnSO₄•H₂O，
（1）根據(jù)反應：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，可知1mol FeS₂與O₂反應，轉移11mol電子，
故答案為：11；
（2）雜質(zhì)中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四種陽離子，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，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．從吸附率的圖可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率較高，故只要調(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，浸出液中剩余的Pb²⁺、Ca²⁺可通過吸附方法除去，
故答案為：4.7～8.3；
（3）圖中離子從上至下，半徑有減小趨勢，對應的吸附率減小．隨著時間的遞增，所有離子的吸附率均增大；另Fe³⁺和Al³⁺離子所帶電荷數(shù)大，其吸附率低，
故答案為：BCD；
（4）從溶液中獲得溶質(zhì)，應采用蒸發(fā)、濃縮、結晶的方法，故答案為：蒸發(fā)、濃縮、結晶．

點評 本題以制備硫酸錳的生產(chǎn)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(shù)據(jù)處理能力和圖象分析能力．