Question

减少SO₂的排放、回收利用SO₂成为世界性的研究课题。我国研究人员研制的利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO₂)吸收废渣高温焙烧产生的SO₂，制备硫酸锰的生产流程如下：

浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn^2＋，还含有少量的Fe^2＋、Al^3＋、Ca^2＋、Pb^2＋等其他金属离子。
有关金属离子的半径以及形成氢氧化物沉淀时的pH见下表，阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图。

离子	离子半径(pm)	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的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。请回答下列问题：
⑴ 写出浸出过程中主要反应的化学方程式   ，氧化过程中主要反应的离子方程式   。
⑵ 在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至   。
⑶ 阳离子吸附剂用于除去杂质金属离子。决定阳离子吸附剂吸附效果的因素是   （填写序号）。
a．溶液的pH      b．金属离子的电荷      c．金属离子的半径      d．吸附时间
⑷ 操作a包括   等过程。

Answer 1

⑴ SO₂＋MnO₂＝MnSO₄  2Fe^2＋＋MnO₂＋4H^＋＝2Fe^3＋＋Mn^2＋＋2H₂O
⑵ 4.7～8.3
⑶ b c d
⑷ 蒸发浓缩结晶

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。（1）从流程图看，浸出过程是软锰矿浆（MnO₂）与SO₂的反应。杂质离子中只有Fe^2＋具有还原性，可以被MnO₂在酸性条件下氧化成Fe^3＋。（2）杂质中含有Fe^2＋、Al^3＋、Ca^2＋、Pb^2＋四种阳离子，由沉淀的pH范围知，Fe^2＋的沉淀与Mn^2＋离子的沉淀所需的pH接近，而Fe^3＋则相差很远，故可以将Fe^2＋氧化成Fe^3＋而除杂。从吸附率的图可以看出，Ca^2＋、Pb^2＋的吸附率较高，故只要调节pH值在4.7～8.3间，大于4.7可以将Fe^3＋和Al^3＋除去，小于8.3是防止Mn^2＋也沉淀。（3）结合半径，分析右图知，图中离子从上至下，半径有减小趋势，对应的吸附率减小。随着时间的递增，所有离子的吸附率均增大；另Fe^3＋和Al^3＋离子所带电荷数大，其吸附率低。（4）由于制取的MnSO₄·H₂O含有结晶水，故采用蒸发浓缩结晶的方法。