Question

研究人員研制利用低品位軟錳礦漿(主要成分是MnO₂)吸收硫酸廠的尾氣SO₂，制備硫酸錳的生產流程如下：

已知：浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn^2＋，還含有少量的Fe^2＋、Al^3＋、Ca^2＋、Pb^2＋等其他金屬離子。PbO₂的氧化性大于MnO₂。PbSO₄是一種微溶物質。有關金屬離子的半徑、形成氫氧化物沉淀時的pH見下表，陽離子吸附劑吸附金屬離子的效果見下圖。

離子	離子半徑(pm)	開始沉淀 時的pH	完全沉淀 時的pH
Fe2＋	74	7.6	9.7
Fe3＋	64	2.7	3.7
Al3＋	50	3.8	4.7
Mn2＋	80	8.3	9.8
Pb2＋	121	8.0	8.8
Ca2＋	99	－	－

 

請回答下列問題：
（1）寫出浸出過程中生成Mn²⁺反應的化學方程式                            。
（2）氧化過程中主要反應的離子方程式                                 。
（3）在氧化后的液體中加入石灰漿，用于調節pH值，此處調節pH值用到的儀器是       ，應調節pH的范圍為                     。
（4）陽離子吸附劑可用于除去雜質金屬離子。請依據圖、表信息回答，決定陽離子吸附劑吸附效果的因素有                 、                 等；吸附步驟除去的主要離子為：               。
（5）CaSO₄是一種微溶物質，已知Ksp(CaSO₄)=9.10×10^—6。現將c mol·L^—1CaCl₂溶液與2.00×10^—2 mol·L^—1Na₂SO₄溶液等體積混合（忽略體積的變化），則生成沉淀時，c的最小值是　　　　。

Answer 1

（1）SO₂＋MnO₂＝MnSO₄ （2）2Fe^2＋＋MnO₂＋4H^＋＝2Fe^3＋＋Mn^2＋＋2H₂O；
（3）pH計， 4.7 ≤pH<8.3   （4）吸附時間、金屬離子的半徑 、金屬離子的電荷；Pb^2＋、Ca^2＋
（5）1.82×10 ^{- 3}

試題分析：（1）根據題意在浸出過程中生成Mn²⁺反應的化學方程式為SO₂＋MnO₂＝MnSO₄；（2）將Fe²⁺氧化為Fe³⁺過程中主要反應的離子方程式為2Fe^2＋＋MnO₂＋4H^＋＝2Fe^3＋＋Mn^2＋＋2H₂O。（3）在氧化后的液體中加入石灰漿，用于調節pH值，此處調節pH值用到的儀器是pH計。使Fe^3＋沉淀完全的pH為3.7，而Mn^2＋開始形成沉淀的pH為8.3。因此應調節pH的范圍為4.7 ≤pH<8.3。（4）根據題目提供的表格數據可知決定陽離子吸附劑吸附效果的因素有吸附時間、金屬離子的半徑 、金屬離子的電荷；吸附步驟除去的主要離子為Pb^2＋、Ca^2＋。（5）CaSO₄是一種微溶物質，已知Ksp(CaSO₄)=9.10×10^—6。現將c mol/LCaCl₂溶液與2.00×10^—2 mol/LNa₂SO₄溶液等體積混合,由于忽略體積的變化，所以混合后氯化鈣和硫酸鈉溶液的濃度都要減半；c(SO₄^2-)=1.00×10^—2 mol/L. c(Ca²⁺)=c/2mol/L.由于Ksp(CaSO₄)= 9.10×10^—6，c(SO₄^2-)·c(Ca²⁺)≥9.10×10^—6,則生成沉淀時c(Ca²⁺)≥（9.10×10^—6÷1.00×10^—2 mol/L）×2=1.82×10^－3mol/L。因此c的最小值是1.82×10^－3mol/L.