Question

【题目】工业上用含锰废料(主要成分为MnO2，含有少量Fe2O3、Al2O3、CuO、CaO等)与烟气脱硫进行联合处理并制备MnSO4的流程如图所示：

已知：25℃时，部分氢氧化物的溶度积常数(Ksp)如表所示。

氢氧化物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Mn(OH)2
Ksp	1.3×10-33	4.0×10-38	2.2×10-20	1.9×10-14

回答下列问题：

(1)沉淀1的化学式为____。

(2)室温下，调节pH为5。试通过计算说明此时Al3+、Fe3+已沉淀完全：____。

(3)(NH4)2S的电子式为____；“净化”时，加入(NH4)2S的作用为____。

(4)“酸化、还原”中，发生的所有氧化还原反应的离子方程式为____。

(5)已知：滤液3中除MnSO4外，还含有少量(NH4)2SO4。(NH4)2SO4、MnSO4的溶解度曲线如图所示。据此判断，“操作Ⅰ”应为蒸发浓缩、____、洗涤、干燥。

(6)工业上可用电解酸性MnSO4溶液的方法制备MnO2，其阳极反应式为____。

Answer 1

【答案】CaSO4 室温下，pH=5时，c(OH-)=10-9 mol·L-1，c(Fe3+)===4.0×10-11 mol·L-1，同理，c(Al3+)=1.3×10-6 mol·L-1，皆小于1.0×10-5 mol·L-1，故Al3+、Fe3+已沉淀完全 使Cu2+转化为CuS沉淀 MnO2+SO2=Mn2++SO42-、Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O 趁热过滤 Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+

【解析】

含锰废料(主要成分为MnO2，含有少量Fe2O3、Al2O3、CuO、CaO等)中加入稀硫酸和含SO2的烟气，能将酸化后所得锰还原为Mn2+，将Fe3+还原为Fe2+，同时将溶液中的Ca2+转化为CaSO4沉淀，即成为沉淀1的主要成分；往滤液中加入H2O2，可将Fe2+氧化为Fe3+；调节pH=5，此时c(OH-)=10-9 mol·L-1，利用Ksp，判断哪些阳离子转化为沉淀，从而得出沉淀2的成分；滤液2中加入(NH4)2S，与Cu2+反应生成CuS沉淀；过滤后，将滤液蒸发结晶，便可获得MnSO4晶体。

(1)由以上分析可知，沉淀1的化学式为CaSO4。答案为：CaSO4；

(2)室温下，调节pH为5，先求出溶液中的c(OH-)，然后利用Ksp进行计算，若c(Al3+)、c(Fe3+)小于10-5mol/L，则表明沉淀完全。计算过程为：室温下，pH=5时，c(OH-)=10-9 mol·L-1，c(Fe3+)===4.0×10-11 mol·L-1，同理，c(Al3+)=1.3×10-6 mol·L-1，皆小于1.0×10-5 mol·L-1，故Al3+、Fe3+已沉淀完全。答案为：室温下，pH=5时，c(OH-)=10-9 mol·L-1，c(Fe3+)===4.0×10-11 mol·L-1，同理，c(Al3+)=1.3×10-6 mol·L-1，皆小于1.0×10-5 mol·L-1，故Al3+、Fe3+已沉淀完全；

(3)(NH4)2S为离子化合物，由NH4+和S2-构成，电子式为；“净化”时，加入(NH4)2S的作用是使Cu2+转化为CuS沉淀。答案为：；使Cu2+转化为CuS沉淀；

(4)“酸化、还原”中，含SO2的烟气，能将酸化后所得锰还原为Mn2+，将Fe3+还原为Fe2+，反应的离子方程式为MnO2+SO2=Mn2++SO42-、Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O。答案为：MnO2+SO2=Mn2++SO42-、Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O；

(5)从溶解度曲线看，蒸发后，MnSO4溶解度降低，会结晶析出，但若过滤过程中温度降低，也会导致(NH4)2SO4结晶析出，所以应注意温度的变化。据此判断，“操作Ⅰ”应为蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥。答案为：趁热过滤；

(6)电解酸性MnSO4溶液时，Mn2+失电子的产物与水反应生成MnO2和H+，其阳极反应式为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。答案为：Mn2++2H2O-2e- =MnO2+4H+。