Question

13．利用低品位软锰矿浆（主要成分是MnO₂，少量的Fe³⁺、Al³⁺等）吸收高温焙烧含硫废渣产生的SO₂废气，制备硫酸锰晶体可实现资源的综合利用和环境治理．

已知，浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn²⁺，还含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金属离子．有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见表：

离子	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH	加碱溶解的pH
Fe2+	7.6	9.7
Fe3+	2.7	3.7
Al3+	3.8	4.7	＞8.5
Mn2+	8.3	9.8

（1）写出浸出过程中主要反应的化学方程式SO₂+MnO₂=MnSO₄．浸出过程中Fe³⁺转化为Fe²⁺，此转化的离子反应方程式为2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（2）写出氧化过程中主要反应的离子方程式：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O．
（3）①在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至4.7～8.3．
②若加入的石灰浆过多，会使得MnSO₄•H₂O晶体中含有较多杂质，用离子反应方程式表示其原因Al（OH）₃+3OH^-═AlO₂^-+2H₂O或Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
（4）下列各组试剂中，能准确测定尾气中SO₂含量的是b、c（选填序号）．
a．NaOH溶液、酚酞试液  b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液  c．碘水、淀粉溶液  d．氨水、酚酞试液．

Answer 1

分析 高温焙烧含硫废渣产生的SO₂废气，软锰矿浆的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn²⁺，则MnO₂与SO₂发生氧化还原反应，浸出液还含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金属离子，Fe²⁺具有还原性，可以被MnO₂在酸性条件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液体中加入石灰浆，杂质中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺三种阳离子，由沉淀的pH范围知，Fe²⁺的沉淀与Mn²⁺离子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺则相差很远，故可以将Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除杂，然后调节pH值在4.7～8.3间，Fe³⁺、Al³⁺阳离子通过调pH值，转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，同时生成微溶的硫酸钙，过滤，滤渣主要有氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙，由于制取的MnSO₄•H₂O含有结晶水，故操作a采用蒸发浓缩结晶的方法，得到MnSO₄•H₂O；
（1）从流程图看，浸出过程是软锰矿浆（MnO₂）与SO₂的反应；三价铁被二氧化硫还原成亚铁离子；
（2）杂质离子中只有Fe²⁺具有还原性，可以被MnO₂在酸性条件下氧化成Fe³⁺；
（3）①从表可以看出，只要调节pH值在4.7～8.3间，大于4.7可以将Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀；
②若加入的石灰浆过多，氢氧化铝与氢氧化钙反应生成偏铝酸根离子；
（4）根据物质间能发生几步反应分析．

解答 解：（1）低品位软锰矿浆的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH＜2，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SO₂+MnO₂=MnSO₄，三价铁被二氧化硫还原成亚铁离子，离子反应方程式为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，故答案为：SO₂+MnO₂=MnSO₄；2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（2）杂质离子中只有Fe²⁺具有还原性，可以被MnO₂在酸性条件下氧化成Fe³⁺，反应的离子方程式为2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
（3）①杂质中含有Fe³⁺、Al³⁺阳离子，从图可表以看出，大于4.7可以将Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀，所以只要调节pH值在4.7～8.3间即可．
故答案为：4.7～8.3；
②若加入的石灰浆过多，氢氧化铝与氢氧化钙反应生成偏铝酸根离子，所以离子反应方程式为：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O或Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O或Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
（4）a．二氧化硫和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠，亚硫酸钠和二氧化硫、水又能反应生成亚硫酸氢钠，有两步反应，所以无法准确测定尾气中SO₂含量，故a错误．
 b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液和二氧化硫能发生氧化还原反应而使溶液褪色，只发生一步反应，所以能准确测定尾气中SO₂含量，故b正确．
 c．碘和二氧化硫能发生氧化还原反应而使溶液褪色，只发生一步反应，所以能准确测定尾气中SO₂含量，故c正确．
d．氨水和二氧化硫反应生成亚硫酸铵，亚硫酸铵和二氧化硫和水又能反应生成亚硫酸氢铵，有两步反应，所以无法准确测定尾气中SO₂含量，故d错误．
故答案为：b、c．

点评 本题以制备硫酸锰的生产流程为知识载体，考查化学反应的书写，及除杂中的问题，题目难度中等，本题注意把握数据处理能力和图象分析能力．