Question

4．工业上用含锰废料（主要成分MnO₂，含有少量Fe₂O₃、Al₂O₃、CuO、CaO等）与烟气脱硫进行联合处理并制备MnSO₄的流程如图1：

已知：25℃时，部分氢氧化物的溶度积常数（K_sp）如表所示．

氢氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Cu（OH）2	Mn（OH）2
Ksp	1.0×10-33	4.0×10-38	2.0×10-20	4.0×10-14

请回答：
（1）沉淀1的化学式为CaSO₄．
（2）（NH₄）₂S的电子式为；“净化”时，加入（NH₄）₂S的作用为使Cu²⁺转化为CuS沉淀．
（3）“酸化、还原”中，发生的所有氧化还原反应的离子方程式为．
（4）已知：滤液3中除MnSO₄外，还含有少量（NH₄）₂SO₄．（NH₄）₂SO₄、MnSO₄的溶解度曲线如图2所示．
据此判断，操作“I”应为蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥．
（5）工业上可用电解酸性MnSO₄溶液的方法制备MnO₂，其阳极反应式为Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺．
（6）25.35g MnSO₄•H₂O样品受热分解过程的热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）如图3所示．
①300℃时，所得固体的化学式为MnSO₄．
②1150℃时，反应的化学方程式为3MnO₂$\frac{\underline{\;1150℃\;}}{\;}$Mn₃O₄+O₂↑．

Answer 1

分析 含锰废料（主要成分MnO₂，含有少量Fe₂O₃、Al₂O₃、CuO、CaO等）与含有二氧化硫烟气、稀硫酸溶解，发生SO₂+MnO₂═Mn²⁺+SO₄^2-，Fe₂O₃+SO₂+2H⁺=2Fe²⁺+SO₄^2-+H₂O，Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，CaO+2H⁺+SO₄^2-=CaSO₄↓+H₂O，沉淀1为CaSO₄，滤液1 金属阳离子为Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Cu²⁺，加入双氧水氧化Fe²⁺为Fe³⁺，调节pH为5沉淀Fe³⁺、Al³⁺，沉淀2为Al（OH）₃和Fe（OH）₃，滤液2金属阳离子为Mn²⁺、Cu²⁺，加入（NH₄）₂S沉淀Cu²⁺，滤液3中除MnSO₄外，还含有少量（NH₄）₂SO₄，将滤液3蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥制备MnSO₄，据此分析解答．

解答 解：（1）含锰废料与稀硫酸反应：CaO+2H⁺+SO₄^2-=CaSO₄↓+H₂O，沉淀1为CaSO₄；
故答案为：CaSO₄；
（2）（NH₄）₂S为离子化合物，电子式为：；（NH₄）₂S的作用沉淀Cu²⁺使Cu²⁺转化为CuS沉淀；
故答案为：；使Cu²⁺转化为CuS沉淀；
（3）“酸化、还原”中，发生的所有氧化还原反应的离子方程式为：SO₂+MnO₂═Mn²⁺+SO₄^2-，Fe₂O₃+SO₂+2H⁺=2Fe²⁺+SO₄^2-+H₂O；
故答案为：SO₂+MnO₂═Mn²⁺+SO₄^2-，Fe₂O₃+SO₂+2H⁺=2Fe²⁺+SO₄^2-+H₂O；
（4）由图可知（NH₄）₂SO₄的溶解度随温度的升高而增大，MnSO₄的溶解度随温度的升高减小，故将滤液3蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥制备MnSO₄；
故答案为：趁热过滤；
（5）用电解酸性MnSO₄溶液的方法制备MnO₂，阳极发生氧化反应，反应式为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
（6）25.35g MnSO₄•H₂O样品n（锰）=n（MnSO₄•H₂O）=0.15mol，其中n（H₂O）=0.15mol，m（H₂O）=2.7g，300℃时，所得固体质量为22.65g，减少的质量为2.7g，则说明该段失去结晶水，此时固体为：MnSO₄；
300℃时，固体为：MnSO₄，受热分解生成锰的氧化物和硫的氧化物0.15mol，850℃时，固体质量由22.65g减少到为13.05g，减少的质量为9.6g，则硫氧化物的相对质量为64，故为二氧化硫，则此时的固体为MnO₂，
1150℃时固体为为二氧化锰分解所得，锰元素质量守恒，则m（锰）=n（锰）×55=8.25g，则氧化物中m（O）=11.45g-8.25g=3.2g，n（O）=0.2mol，故n（Mn）：n（O）=0.15：0.2=3：4，则该氧化物为：Mn₃O₄，故反应为：3MnO₂ $\frac{\underline{\;1150℃\;}}{\;}$Mn₃O₄+O₂↑；
故答案为：MnSO₄；3MnO₂ $\frac{\underline{\;1150℃\;}}{\;}$Mn₃O₄+O₂↑．

点评 本题考查物质的制备、化学反应图象的有关进行计算，关键是根据质量分析各点物质的成分，注意利用守恒法计算，避免计算繁琐，需要学生具备知识的基础，难度中等．