Question

為了回收利用SO₂，研究人員研制了利用低品位軟錳礦漿（主要成分是MnO₂）吸收高溫焙燒含硫廢渣產(chǎn)生的SO₂廢氣，制備硫酸錳晶體的生產(chǎn)流程，其流程示意圖如圖：

已知，浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金屬離子．有關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀時的pH見下表：

離子	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
Fe2+	7.6	9.7
Fe3+	2.7	3.7
Al3+	3.8	4.7
Mn2+	8.3	9.8

請回答下列問題：
（1）寫出浸出過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．
（2）寫出氧化過程中主要反應(yīng)的離子方程式：

 

．
（3）在氧化后的液體中加入石灰漿，用于調(diào)節(jié)pH，pH應(yīng)調(diào)節(jié)至

 

．
（4）濾渣的主要成分有

 

．
（5）下列各組試劑中，能準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量的是

 

．（填編號）
a．NaOH溶液、酚酞試液b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液c．碘水、淀粉溶液d．氨水、酚酞試液
（6）已知廢氣中SO₂濃度為8.4g/m³，軟錳礦漿對SO₂的吸收率可達(dá)90%，則處理1000m³廢氣，可得到硫酸錳晶體質(zhì)量為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：高溫焙燒含硫廢渣產(chǎn)生的SO₂廢氣，軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，則MnO₂與SO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)，浸出液還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金屬離子，F(xiàn)e²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液體中加入石灰漿，雜質(zhì)中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四種陽離子，由沉淀的pH范圍知，F(xiàn)e²⁺的沉淀與Mn²⁺離子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺則相差很遠(yuǎn)，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．從吸附率的圖可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率較高，故只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺陽離子通過調(diào)pH值，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時生成微溶的硫酸鈣，過濾，濾渣主要有氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣，由于制取的MnSO₄?H₂O含有結(jié)晶水，故操作a采用蒸發(fā)濃縮結(jié)晶的方法，得到MnSO₄?H₂O．
（1）從流程圖看，浸出過程是軟錳礦漿（MnO₂）與SO₂的反應(yīng)；
（2）雜質(zhì)離子中只有Fe²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺；
（3）從表可以看出，只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間，大于4.7可以將Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀；
（4）Fe³⁺、Al³⁺陽離子通過調(diào)pH值，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時生成微溶的硫酸鈣；
（5）根據(jù)物質(zhì)間能發(fā)生幾步反應(yīng)分析；
（6）利用硫原子守恒，被吸收的SO₂的物質(zhì)的量等于硫酸錳晶體的物質(zhì)的量；

解答： 解：高溫焙燒含硫廢渣產(chǎn)生的SO₂廢氣，軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，則MnO₂與SO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)，浸出液還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金屬離子，F(xiàn)e²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液體中加入石灰漿，雜質(zhì)中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四種陽離子，由沉淀的pH范圍知，F(xiàn)e²⁺的沉淀與Mn²⁺離子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺則相差很遠(yuǎn)，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．從吸附率的圖可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率較高，故只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺陽離子通過調(diào)pH值，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時生成微溶的硫酸鈣，過濾，濾渣主要有氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣，由于制取的MnSO₄?H₂O含有結(jié)晶水，故操作a采用蒸發(fā)濃縮結(jié)晶的方法，得到MnSO₄?H₂O．
（1）低品位軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，則MnO₂與SO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄．
故答案為：SO₂+MnO₂=MnSO₄；
（2）雜質(zhì)離子中只有Fe²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
（3）雜質(zhì)中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四種陽離子，由沉淀的pH范圍知，F(xiàn)e²⁺的沉淀與Mn²⁺離子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺則相差很遠(yuǎn)，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．從吸附率的圖可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率較高，故只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間，大于4.7可以將Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀，
故答案為：4.7～8.3；
（4）Fe³⁺、Al³⁺陽離子通過調(diào)pH值，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時生成微溶的硫酸鈣，所以濾渣主要有氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣．
故答案為：氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣；
（5）a．二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉和二氧化硫、水又能反應(yīng)生成亞硫酸氫鈉，有兩步反應(yīng)，所以無法準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故a錯誤；
b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液和二氧化硫能發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使溶液褪色，只發(fā)生一步反應(yīng)，所以能準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故b正確；
c．碘和二氧化硫能發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使溶液褪色，只發(fā)生一步反應(yīng)，所以能準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故c正確；
d．氨水和二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸銨，亞硫酸銨和二氧化硫和水又能反應(yīng)生成亞硫酸氫銨，有兩步反應(yīng)，所以無法準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故d錯誤；
故答案為：b、c；
（6）根據(jù)硫原子守恒，被吸收的SO₂的物質(zhì)的量等于硫酸錳晶體的物質(zhì)的量，所以硫酸錳晶體的質(zhì)量為

8.4g/m3×1000m3×90%

64g/mol

×169g/mo≈19.96kg，
故答案為：19.96kg；

點(diǎn)評：本題以制備硫酸錳的生產(chǎn)流程為知識載體，考查化學(xué)反應(yīng)的書寫，及除雜中的問題，題目難度中等，本題注意把握數(shù)據(jù)處理能力和圖象分析能力．