Question

【題目】某研究性學習小組利用軟錳礦漿(主要成分是MnO2)吸收工業廢氣中的SO2，并制備硫酸錳的生產流程如下(浸出液的pH<2，其中除含Mn2+外，還含有少量Fe2+、Al3+、Ca2+等金屬離子)：

“操作1”的濾液通過陽離子吸附劑除去Ca2+。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

(1)浸出過程中被氧化的物質的化學式為____________。

(2)氧化過程中主要反應的離子方程式為_____________

(3)在氧化后的液體中加入石灰漿調節pH， pH 的范圍是__________。

(4)操作2包括蒸發濃縮、__________、 過濾、 洗滌、干燥等操作。

(5)為測定所得MnSO4·H2O的純度，準確稱取上述樣品1.720 g加入適量H2SO4和NH4NO3溶液，加熱使Mn2+全部氧化成Mn3+后，配成200 mL溶液。取20.00 mL該溶液，向其中逐滴加入0.0500 mol·L-1的FeSO4溶液，發生如下反應： Fe2+ +Mn3+=== Fe3+ + Mn2+當反應恰好完全進行時，共消耗FeSO4溶液19.50 mL。計算MnSO4·H2O的純度(寫出計算過程，結果保留四位有效數字)__

Answer 1

【答案】SO2 2Fe2++ MnO2 + 4H+===2Fe3++ Mn2++ 2H2O 4.7≤pH<8.3 冷卻結晶 95.80%

【解析】

軟錳礦漿主要成分是MnO2，吸收工業廢氣中的SO2后，浸出液的pH<2，其中含Mn2+，則發生氧化還原反應MnO2+SO2=MnSO4，浸出液中加入二氧化錳后發生氧化還原反應4H++MnO2+2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O，再加入石灰漿調節pH，根據表格數據，要除去Fe3+、Al3+，并防止Mn2+沉淀，需調節pH值在4.7~8.3；“操作1”的濾液通過陽離子吸附劑除去Ca2+，過濾后得到含硫酸錳的溶液，再經蒸發濃縮、冷卻結晶、 過濾、 洗滌、干燥得到硫酸錳晶體。

(1)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+，則與SO2發生氧化還原反應，反應的化學方程式為MnO2+SO2=MnSO4，硫元素化合價升高，則SO2被氧化。

(2)雜質離子中只有Fe2+具有還原性,可以被MnO2在酸性條件下氧化成Fe3+，反應的離子方程式為2Fe2++ MnO2 + 4H+===2Fe3++ Mn2++ 2H2O。

(3)雜質中含有Fe3+、Al3+陽離子，從圖中可以看出4.7可以將Fe3+和Al3+除去，小于8.3是防止Mn2+也沉淀，所以只要調節pH值4.7≤pH<8.3。

(4)操作1得到濾渣，說明操作1應為過濾，得到濾液蒸發濃縮后，冷卻結晶再過濾洗滌等，進而制備純凈的硫酸錳；

(5)由題可知，Fe2+與Mn2+之間比例關系為1:1，即n(Fe2+)= n(Mn2+)，設MnSO4·H2O的純度為a，n(Fe2+)=0.01950 L×0.0500 mol/L，n(Mn2+)=，解得a=0.958=95.80%。