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Mn²⁺，还含有少量的Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺等其他金属离子．（提示：①在工业上，用沉淀法不能完全除去的离子还可以用　　吸附法除去②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③阳离子 吸附剂吸附金属离子的效果见图．④已知PbO₂的氧化性大于MnO₂．）

离子	离子半径（pm）	开始沉淀pH	完全沉淀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	-	-

请回答下列问题：
（1）写出浸出过程中主要反应的一个化学反应方程式______，氧化过程中主要反应的一个离子反应方程式______．
（2）在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至______．
（3）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
（4）操作a包括______过滤、洗涤等过程．

Answer 1

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；
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：SO₂+MnO₂=MnSO₄；2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O．
（2）杂质中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四种阳离子，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．从吸附率的图可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺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Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀．
故答案为：4.7～8.3．
（3）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Fe³⁺和
Al³⁺离子所带电荷数大，其吸附率低．
故答案为：bcd．
（4）从溶液中获得溶质，应采用蒸发浓缩、冷却结晶的方法．
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶．
分析：（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Fe²⁺具有还原性，可以被MnO₂在酸性条件下氧化成Fe³⁺；
（2）从吸附率的图可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺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Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺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Fe³⁺和Al³⁺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．
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．