Question

為了回收利用鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的SO₂，工業(yè)上采用軟錳礦（主要成分MnO₂）脫硫同時制取硫酸錳技術(shù)，其流程示意圖如圖1：

已知：浸出液的pH接近4，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，還含有少量的Fe²⁺．完成下列填空．
（1）寫出浸出過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．
（2）浸出過程的副反應(yīng)之一是部分SO₂被氧化為硫酸，致使浸出液的pH下降，這將

 

（“有利”、“不利”）于軟錳礦漿繼續(xù)吸收SO₂．欲消除生成的硫酸，試劑A最好是

 

．
a．MnCO₃         b．MnO₂           c．CaO            d．CaCO₃
（3）操作I的目的是除去浸出液中的Fe²⁺，MnO₂在氧化Fe²⁺的同時還

 

，使Fe³⁺沉淀．檢驗過濾后溶液中是否含有Fe³⁺的操作是

 

．
（4）已知大于27℃時，MnSO₄?H₂O溶解度隨溫度上升而明顯下降，則操作II的過程為：

 

、

 

、洗滌、干燥．工業(yè)上為了充分利用錳元素，在流程中

 

可循環(huán)使用．
（5）通過煅燒MnSO₄?H₂O 可制得生產(chǎn)軟磁鐵氧體材料的Mn_xO₄，圖2是煅燒MnSO₄?H₂O時溫度與剩余固體質(zhì)量變化曲線．該曲線中A段所表示物質(zhì)的化學(xué)式為

 

；Mn_xO₄中x=

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：回收利用鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的SO₂，工業(yè)上采用軟錳礦（主要成分MnO₂）脫硫同時制取硫酸錳技術(shù)，其流程為：通入含SO₂煙氣進入浸出液中，軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，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，同時副反應(yīng)之一是部分SO₂被氧化為硫酸，因酸性條件不利于軟錳礦漿繼續(xù)吸收SO₂，需加MnCO₃，除去硫酸，同時不引入新的雜質(zhì)，所以試劑A為MnCO₃，因pH接近4，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，所以浸出過程的操作I的目的是除去浸出液中的Fe²⁺，MnO₂在氧化Fe²⁺的同時還調(diào)節(jié)溶液pH，促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃，使Fe³⁺沉淀，已知大于27℃時，MnSO₄?H₂O溶解度隨溫度上升而明顯下降，則操作II的過程為：蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌、干燥，制得MnSO₄．
（1）從流程圖看，浸出過程是軟錳礦漿（MnO₂）與SO₂的反應(yīng)；
（2）硫酸是強酸，能和軟錳礦漿的主要成分是MnO₂反應(yīng)，不利于軟錳礦漿繼續(xù)吸收SO₂，除去硫酸，同時不引入新的雜質(zhì)，所以試劑A為MnCO₃；
（3）MnO₂在氧化Fe²⁺的同時還調(diào)節(jié)溶液pH，促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃，鐵離子的檢驗方法是：向溶液中加入KSCN溶液，觀察現(xiàn)象，若溶液變紅色，說明溶液中存在Fe³⁺，若沒有變成紅色，證明溶液中沒有鐵離子；
（4）依據(jù)流程分析，操作Ⅱ是對得到的硫酸錳溶液結(jié)晶析出，方法為蒸發(fā)溶劑濃縮趁熱過濾；工業(yè)上為了充分利用錳元素，在流程中操作II后剩余的母液可循環(huán)使用；
（5）MnSO₄?H₂O在高溫下易分解，產(chǎn)物是Mn_xO₄、含硫化合物、水，依據(jù)固體質(zhì)量-分解溫度的關(guān)系圖象，分析質(zhì)量變化與對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，求解A段所表示物質(zhì)的化學(xué)式和x的值．

解答： 解：回收利用鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的SO₂，工業(yè)上采用軟錳礦（主要成分MnO₂）脫硫同時制取硫酸錳技術(shù)，其流程為：通入含SO₂煙氣進入浸出液中，軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，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，同時副反應(yīng)之一是部分SO₂被氧化為硫酸，因酸性條件不利于軟錳礦漿繼續(xù)吸收SO₂，需加MnCO₃，除去硫酸，同時不引入新的雜質(zhì)，所以試劑A為MnCO₃，因pH接近4，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，所以浸出過程的操作I的目的是除去浸出液中的Fe²⁺，MnO₂在氧化Fe²⁺的同時還調(diào)節(jié)溶液pH，促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃，使Fe³⁺沉淀，已知大于27℃時，MnSO₄?H₂O溶解度隨溫度上升而明顯下降，則操作II的過程為：蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌、干燥，制得MnSO₄．
（1）軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH接近4，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）浸出過程的副反應(yīng)之一是部分SO₂被氧化為硫酸，硫酸是強酸，能和軟錳礦漿的主要成分是MnO₂反應(yīng)，不利于軟錳礦漿繼續(xù)吸收SO₂，除去硫酸，同時不引入新的雜質(zhì)，硫酸和MnCO₃反應(yīng)生成Mn²⁺和二氧化碳，能除去硫酸，同時不引入新的雜質(zhì)，
故答案為：不利；a；
（3）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，所以MnO₂在氧化Fe²⁺的同時還調(diào)節(jié)溶液pH，促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃，檢驗過濾后溶液中是否含有Fe³⁺的操作：加入KSCN溶液，發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，F(xiàn)e³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃溶液立即呈血紅色，證明含有三價鐵離子，
故答案為：調(diào)節(jié)溶液pH，促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃；取上層清液，滴加KSCN，若溶液不顯血紅色，則說明Fe³⁺已沉淀完全；
（4）操作Ⅱ是依據(jù)流程得到硫酸錳溶液中得到溶質(zhì)晶體，因大于27℃時，MnSO₄?H₂O溶解度隨溫度上升而明顯下降，所以采取的措施是：蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾，操作II后剩余的母液含Mn²⁺，工業(yè)上為了充分利用錳元素，在流程中操作II后剩余的母液可循環(huán)使用，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾；操作II后剩余的母液；
（5）探究物質(zhì)的變化規(guī)律時，運用了物質(zhì)的質(zhì)量守恒和元素的質(zhì)量守恒法．MnSO₄?H₂O在高溫下易分解，101.4克的MnSO₄?H₂O物質(zhì)的量為：

101.4g

169g/mol

=0.6mol，根據(jù)錳元素守恒，MnSO₄?H₂O分解時，先轉(zhuǎn)變?yōu)镸nSO₄和H₂O，質(zhì)量為：0.6mol×151g/mol=90.60g，所以圖2曲線中A段質(zhì)量減少：101.4-90.60=10.8克為水，所以該曲線中A段所表示物質(zhì)的化學(xué)式為MnSO₄，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知：B固體質(zhì)量為45.80克，為Mn_xO₄，根據(jù)錳元素守恒，Mn_xO₄的物質(zhì)的量為

0.6

x

mol，則

0.6

x

mol×（55x+16×4）g/mol=45.80g，x=3，
此時發(fā)生的反應(yīng)為：3MnSO₄?H₂O

高溫  .

Mn₃O₄+SO₂↑+2SO₃↑+3H₂O，
故答案為：MnSO₄；3．

點評：本題以制備硫酸錳的生產(chǎn)流程為知識載體，考查了離子的檢驗及氧化還原、探究物質(zhì)的變化規(guī)律等內(nèi)容，題目難度中等，注意把握數(shù)據(jù)處理和圖象分析．（5）為該題的難點，根據(jù)錳元素守恒是解答的關(guān)鍵．