Question

16．软锰矿的主要成分是二氧化锰，用软锰矿浆吸收工业废气中的二氧化硫，可以制备高纯度的硫酸锰晶体，其流程如下所示：

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

已知：浸出液中的金属阳离子主要是Mn²⁺，还含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等，且pH＜2．几种离子开始沉淀和完全沉淀时的pH如上表所示：
根据上述流程，回答下列问题：
（1）写出二氧化锰与二氧化硫反应的化学方程式：SO₂+MnO₂═MnSO₄．
（2）浸出液的pH＜2，从上述流程看，可能的原因为二氧化硫溶于水发生反应：SO₂+H₂O=H₂SO₃，生成的H₂SO₃部分电离：H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-（用化学用语和必要的文字说明）．
（3）用离子方程式表示加入二氧化锰的作用：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．从表中数据来看，能不能取消“加入二氧化锰”的步骤？原因是不能，pH=9.7时Fe²⁺才完全沉淀，而pH=8.3时Mn²⁺已经开始沉淀．
下列试剂能替代二氧化锰的是A（填序号）．
A．双氧水   B．氯水     C．高锰酸钾溶液   D．次氯酸钠
（4）有同学认为可以用碳酸锰（MnCO₃）或氢氧化锰[Mn（OH）₂]替代石灰乳，你是否同意此观点？简述理由：同意，铁离子、铝离子水解程度比锰离子大，加热碳酸锰或氢氧化锰与氢离子反应，促进铁离子、铝离子水解，进而转化为沉淀，再通过过滤除去．
（5）从含硫酸锰的滤液中提取硫酸锰晶体的操作是蒸发浓缩、降温结晶，过滤．利用滤渣能提取高纯度的铁红，简述其操作过程：将滤渣溶于足量的氢氧化钠溶液中，再进行过滤、洗涤、干燥，最后灼烧可得氧化铁．

Answer 1

分析 由浸出液中的金属阳离子主要是Mn²⁺，可知浸出时主要发生反应：SO₂+MnO₂═MnSO₄，浸出液中含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等，由离子开始沉淀及沉淀完全的pH可知，加入二氧化锰氧化过程，是将亚铁离子转化为铁离子，再加入石灰乳，调节溶液pH值，使铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，再进行过滤，滤渣中主要有氢氧化铝、氢氧化铝，滤液为硫酸锰溶液，再通过蒸发浓缩、降温结晶，最后过滤得到硫酸锰晶体．
（1）二氧化锰与二氧化硫反应生成硫酸锰；
（2）由于二氧化硫溶于水生成H₂SO₃，H₂SO₃部分电离会使浸出液pH＜2；
（3）加入二氧化锰氧化过程，是将亚铁离子转化为铁离子，自身被还原为锰离子，同时生成水；替代二氧化锰的试剂应具有强氧化性，且不能引入杂化；
（4）铁离子、铝离子水解程度比锰离子大，加热碳酸锰或氢氧化锰与氢离子反应，促进铁离子、铝离子水解；
（5）滤渣中主要有氢氧化铝、氢氧化铝，应将滤渣溶于足量的氢氧化钠溶液中，除去氢氧化铝，再进行过滤、洗涤、干燥，最后灼烧可得氧化铁．

解答 解：由浸出液中的金属阳离子主要是Mn²⁺，可知浸出时主要发生反应：SO₂+MnO₂═MnSO₄，由于二氧化硫溶于水生成H₂SO₃，H₂SO₃部分电离会使浸出液pH＜2，浸出液中含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等，由离子开始沉淀及沉淀完全的pH可知，加入二氧化锰氧化过程，是将亚铁离子转化为铁离子，再加入石灰乳，调节溶液pH值，使铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，再进行过滤，滤渣中主要有氢氧化铝、氢氧化铝，滤液为硫酸锰溶液，再通过蒸发浓缩、降温结晶，最后过滤得到硫酸锰晶体．
（1）由上述分析可知，二氧化锰与二氧化硫反应的化学方程式为：SO₂+MnO₂═MnSO₄，
故答案为：SO₂+MnO₂═MnSO₄；
（2）二氧化硫溶于水发生反应：SO₂+H₂O=H₂SO₃，生成的H₂SO₃部分电离：H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，使浸出液的pH＜2，
故答案为：二氧化硫溶于水发生反应：SO₂+H₂O=H₂SO₃，生成的H₂SO₃部分电离：H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-；
（3）加入二氧化锰氧化过程，是将亚铁离子转化为铁离子，反应离子方程式为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
 由表中数据可知，pH=9.7时Fe²⁺才完全沉淀，而pH=8.3时Mn²⁺已经开始沉淀，不能能取消“加入二氧化锰”的步骤；
替代二氧化锰的试剂应具有强氧化性，且不能引入杂化，氯气、酸性高锰酸钾、次氯酸均会引入杂质离子，而双氧水可以氧化亚铁离子为铁离子，同时生成水，不引入杂质离子，故选A；
故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O； 不能，pH=9.7时Fe²⁺才完全沉淀，而pH=8.3时Mn²⁺已经开始沉淀；A；
（4）铁离子、铝离子水解程度比锰离子大，加热碳酸锰或氢氧化锰与氢离子反应，促进铁离子、铝离子水解，进而转化为沉淀，再通过过滤除去，同意该同学的观点，
故答案为：同意，铁离子、铝离子水解程度比锰离子大，加热碳酸锰或氢氧化锰与氢离子反应，促进铁离子、铝离子水解，进而转化为沉淀，再通过过滤除去；
（5）从含硫酸锰的滤液中提取硫酸锰晶体的操作是：蒸发浓缩、降温结晶、过滤；
滤渣中主要有氢氧化铝、氢氧化铝，提取高纯度的铁红的方案为：将滤渣溶于足量的氢氧化钠溶液中，再进行过滤、洗涤、干燥，最后灼烧可得氧化铁．
故答案为：蒸发浓缩、降温结晶；过滤；将滤渣溶于足量的氢氧化钠溶液中，再进行过滤、洗涤、干燥，最后灼烧可得氧化铁．

点评 本题考查化学工艺流程、物质的分离提纯、对实验操作的分析评价、对数据的分析运用、实验方案设计等，是对学生综合能力的考查，难度中等．