Question

为了回收利用钢铁生产过程中产生的SO₂，工业上采用软锰矿（主要成分MnO₂）脱硫同时制取硫酸锰技术，其流程示意图如下：

已知：浸出液的pH接近4，其中的金属离子主要是Mn^2＋，还含有少量的Fe^2＋。完成下列填空。
（1）写出浸出过程中主要反应的化学方程式：                                    。
（2）浸出过程的副反应之一是部分SO₂被氧化为硫酸，致使浸出液的pH下降，这将   （“有利”、“不利”）于软锰矿浆继续吸收SO₂。欲消除生成的硫酸，试剂A最好是        。
a．MnCO₃         b．MnO₂           c．CaO            d．CaCO₃
（3）操作I的目的是除去浸出液中的Fe^2＋，MnO₂在氧化Fe^2＋的同时还             ，使Fe^3＋沉淀。检验过滤后溶液中是否含有Fe³⁺的操作是                  。
（4）已知大于27℃时，MnSO₄·H₂O溶解度随温度上升而明显下降，则操作II的过程为：           、            、洗涤、干燥。工业上为了充分利用锰元素，在流程中               可循环使用。
（5）通过煅烧MnSO₄·H₂O 可制得生产软磁铁氧体材料的Mn_xO₄，如图是煅烧MnSO₄·H₂O时温度与剩余固体质量变化曲线。该曲线中A段所表示物质的化学式为      ；Mn_xO₄中x＝           。

Answer 1

（1）MnO₂ + SO₂→ MnSO₄ (或SO₂+ H₂O → H₂SO₃  MnO₂ + H₂SO₃→ MnSO₄+ H₂O)（2分）
（2）不利（1分）；  a（1分）
（3）调节溶液pH，促进Fe³⁺水解生成Fe(OH)₃（1分）
取上层清液，滴加KSCN，若溶液不显血红色，则说明Fe³⁺已沉淀完全（1分）
（4）蒸发浓缩、趁热过滤（2分）    操作II后剩余的母液（1分）
（5）MnSO₄（1分）   3（2分）

试题分析：（1）低品位软锰矿浆的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液其中的金属离子主要是Mn²⁺，则MnO₂与SO₂发生氧化还原反应，反应的化学方程式为MnO₂ + SO₂→ MnSO₄。
（2）溶液的pH下降，溶液的酸性增强，则不利于吸收SO₂。欲消除生成的硫酸，同时还不能引入新的杂质，则试剂A最好是碳酸锰，二氧化锰与硫酸不反应，cd会引入钙离子，答案选a。
（3）由于在沉淀铁离子的同时而不能减少锰离子，所以根据沉淀时的pH值可知，MnO₂在氧化Fe^2＋的  同时还调节溶液pH，促进Fe³⁺水解生成Fe(OH)₃。铁离子能与KSCN溶液发生显色反应，所以检验过滤后溶液中是否含有Fe³⁺的操作是取上层清液，滴加KSCN，若溶液不显血红色，则说明Fe³⁺已沉淀完全。
（4）由于大于27℃时，MnSO₄·H₂O溶解度随温度上升而明显下降，因此操作II的过程为蒸发浓缩、趁热过滤；由于操作II后剩余的母液中还含有锰离子，所以工业上为了充分利用锰元素，在流程中操作II后剩余的母液可循环使用。
（5）A曲线时固体减少的质量为101.4mg－90.60mg＝10.8mg，为原固体中结晶水的质量为×18＝10.8mg，所以A曲线对应的物质化学式为MnSO₄。Mn_xO₄的质量是45.80mg，则根据锰元素守恒可知＝×x，解得x＝3。