Question

18．MnSO₄在工业中有重要应用．用软锰矿浆（主要成分为MnO₂和水，含有Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃和少量PbO等杂质）浸出制备MnSO₄，其过程如下：
I． 向软锰矿浆中通入SO₂，锰、铁、铝、铅元素以离子形式浸出，测得浸出液的pH＜2．
II． 向浸出液中加MnO₂，充分反应后，加入石灰乳，调溶液pH=4.7．
III．再加入阳离子吸附剂，静置后过滤．
IV．滤液蒸发浓缩，冷却结晶，获得MnSO₄晶体．
【资料】部分阳离子形成氢氧化物沉淀的pH

离子	Fe2+	Fe3+	Al3+	Mn2+	Pb2+
开始沉淀时的pH	7.6	2.7	3.8	8.3	8.0
完全沉淀时的pH	9.7	3.7	4.7	9.8	8.8

（1）I中向软锰矿浆中通入SO₂生成MnSO₄，该反应的化学方程式是SO₂+MnO₂=MnSO₄．
（2）II 中加入MnO₂的主要目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；调溶液 pH=4.7，生成的沉淀主要含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃
和少量CaSO₄．
（3）III中加入阳离子吸附剂，主要除去的离子是Ca²⁺、Pb²⁺．
（4）用惰性电极电解MnSO₄溶液，可以制得高活性MnO₂．
①电解MnSO₄溶液的离子方程式是Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺．
②高活性MnO₂可用于催化降解甲醛，有关微粒的变化如图所示，其中X是HCO₃^-，总反应的化学方程式是HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O．

Answer 1

分析 软锰矿浆（主要成分为MnO₂和水，含有Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃和少量PbO等杂质）通入SO₂浸出液的pH＜2，MnO₂与SO₂发生氧化还原反应，其中的金属离子主要是Mn²⁺，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乳，杂质中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四种阳离子，由沉淀的pH范围知，调节pH值4.7，Fe³⁺、Al³⁺阳离子通过调pH值，转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，加入阳离子吸附剂，除去Ca²⁺、Pb²⁺，过滤，滤液蒸发浓缩，冷却结晶，获得MnSO₄晶体，据此分析解答（1）～（3）；
（4）①用惰性电极电解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，阳极发生氧化反应，Mn²⁺失去电子转化为MnO₂，由氧元素守恒可知有水参与反应，阴极发生还原反应，水放电生成氢气（还会生成氢氧根离子），配平书写电极反应式；
②氧离子与-CHO转化为X，而X与H⁺生成CO₂和H₂O，则X表示的粒子是HCO₃^-，整个过程是甲醛氧化生成二氧化碳与水．

解答 解：（1）I中向软锰矿浆中通入SO₂生成MnSO₄，MnO₂与SO₂发生氧化还原反应的化学方程式为SO₂+MnO₂=MnSO₄；
故答案为：SO₂+MnO₂=MnSO₄；
（2）杂质离子中Fe²⁺具有还原性，可以被MnO₂在酸性条件下氧化成Fe³⁺，加入石灰乳，调节pH值4.7，Fe³⁺、Al³⁺阳离子通过调pH值，转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，故生成的沉淀主要为Fe（OH）₃、Al（OH）₃和少量CaSO₄；
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（3）由题可知通过步骤III得到的溶液为含有锰离子的溶液，故在此步骤对剩余的金属离子进行了除杂，则，加入阳离子吸附剂，除去Ca²⁺、Pb²⁺；
故答案为：Ca²⁺、Pb²⁺；
（4）①用惰性电极电解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，阳极发生氧化反应，Mn²⁺失去电子转化为MnO₂，阴极水得电子发生还原反应生成氢气，总反应离子方程式为：Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺；
故答案为：Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺；
②氧离子与-CHO转化为X，而X与H⁺生成CO₂和H₂O，则X表示的粒子是HCO₃^-，整个过程是甲醛氧化生成二氧化碳与水，可得该反应的总反应方程式为：HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O，
故答案为：HCO₃^-；HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O．

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．