Question

【題目】高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業上可由軟錳礦漿（主要成分是MnO2）吸收含硫廢渣產生的廢氣制備，工藝如下圖所示。

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。請回答下列問題：

（l）高溫焙燒前需將礦石研成粉末，其目的是____。

（2）“氧化”中添加適量的MnO2的作用是____（用離子方程式表示）；寫出“沉錳”的離子方程式____。

（3）下列各組試劑中，能準確測定尾氣中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

（4）濾渣的主要成分有____。

（5）若要從MnSO4溶液中得到高純硫酸錳必須進行的實驗操作順序是____（用字母填空）。

a 過濾洗滌 b 蒸發濃縮 c 冷卻結晶 d 干燥

（6）已知：pH =7.1時Mn（OH）2開始沉淀。室溫下，除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+（使其濃度均小于1×10 -6mol/L），需調節溶液pH范圍為____

Answer 1

【答案】增大反應物接觸面積，加快反應速率并使其充分燃燒，提高原料利用率 將Fe2+氧化為Fe3+ Mn2++2HCO3=MnCO3↓+CO2↑+H2O b、c 氫氧化鐵、氫氧化鋁 bcad 5.0＜pH＜7.1

【解析】

高溫焙燒含硫廢渣產生的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發生氧化還原反應，浸出液還含有少量的Fe2+、Al3+等其他金屬離子，Fe2+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，調節pH值，Fe3+、Al3+陽離子通過調pH值，轉化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，過濾，濾渣主要有氫氧化鐵、氫氧化鋁，最后向濾液中加入碳酸氫銨的到碳酸錳沉淀，用稀硫酸溶解沉淀得到硫酸錳。

(l)高溫焙燒前需將礦石研成粉末，可增大與空氣的接觸面積，使廢渣充分燃燒，加快反應速率，同時也可提高原料利用率；

(2) “氧化”中添加適量的MnO2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+；根據分析和流程，沉錳的反應為：Mn2++2HCO3=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

(3)a．二氧化硫和氫氧化鈉反應生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉和二氧化硫、水又能反應生成亞硫酸氫鈉，有兩步反應，所以無法準確測定尾氣中SO2含量，故a錯誤；

b．稀H2SO4酸化的KMnO4溶液和二氧化硫能發生氧化還原反應而使溶液褪色，只發生一步反應，所以能準確測定尾氣中SO2含量，故b正確；

c．碘和二氧化硫能發生氧化還原反應而使溶液褪色，只發生一步反應，所以能準確測定尾氣中SO2含量，故c正確；

d．氨水和二氧化硫反應生成亞硫酸銨，亞硫酸銨和二氧化硫和水又能反應生成亞硫酸氫銨，有兩步反應，所以無法準確測定尾氣中SO2含量，故d錯誤；

故答案為b、c；

(4)Fe3+、Al3+陽離子通過調pH值，轉化為氫氧化鐵、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；

(5)除雜后，若要從MnSO4溶液中得到高純硫酸錳必須進行的實驗操作是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥，故操作順序為bcad；

(6)pH=7.1時Mn(OH)2開始沉淀，室溫下，除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+，氫氧化鋁完全變成沉淀時的pH：Ksp[Al(OH)3]=1×10-33=c(Al3+)×c3(OH-)，c(Al3+)=1×10-6mol·L-1，解得：c(OH-)==1×10-9mol·L-1，c(H+)==1×10-5mol·L-1，pH=5，同理Fe(OH)3完全變成沉淀時的pH：Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39= c(Fe 3+)×c3(OH-)，c(OH-)==1×10-11mol·L-1，c(H+)==1×10-3mol·L-1，pH=3，故要使Fe3+、Al3+全部沉淀，調節pH范圍是：5.0＜pH＜7.1。