Question

減少SO₂的排放、回收利用SO₂成為世界性的研究課題．我國研究人員研制的利用低品位軟錳礦漿（主要成分是MnO₂）吸收廢渣高溫焙燒產生的SO₂，制備硫酸錳的生產流程如下：

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⁺、Ca²⁺、Pb²⁺等其他金屬離子．
有關金屬離子的半徑以及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	-	-

已知PbO₂的氧化性大于MnO₂．請回答下列問題：
（1）寫出浸出過程中主要反應的化學方程式______，氧化過程中主要反應的離子方程式______．
（2）在氧化后的液體中加入石灰漿，用于調節pH，pH應調節至______．
（3）陽離子吸附劑用于除去雜質金屬離子．決定陽離子吸附劑吸附效果的因素是______（填寫序號）．
a．溶液的pH       b．金屬離子的電荷       c．金屬離子的半徑       d．吸附時間
（4）操作a包括______等過程．

Answer 1

【答案】分析：（1）從流程圖看，浸出過程是軟錳礦漿（MnO₂）與SO₂的反應．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⁺；
（2）從吸附率的圖可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率較高，故只要調節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；
（3）結合半徑，分析右圖知，圖中離子從上至下，半徑有減小趨勢，對應的吸附率減小．隨著時間的遞增，所有離子的吸附率均增大；另Fe³⁺和Al³⁺離子所帶電荷數大，其吸附率低；
（4）由于制取的MnSO₄?H₂O含有結晶水，故采用蒸發濃縮結晶的方法．
解答：解：（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發生氧化還原反應，反應的化學方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄，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，
故答案為：SO₂+MnO₂=MnSO₄；2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
（2）雜質中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四種陽離子，由沉淀的pH范圍知，Fe²⁺的沉淀與Mn²⁺離子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺則相差很遠，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，故只要調節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；
（3）圖中離子從上至下，半徑有減小趨勢，對應的吸附率減小．隨著時間的遞增，所有離子的吸附率均增大；另Fe³⁺和Al³⁺離子所帶電荷數大，其吸附率低，
故答案為：b、c、d；
（4）從溶液中獲得溶質，應采用蒸發、濃縮、結晶的方法，故答案為：蒸發、濃縮、結晶．
點評：本題以制備硫酸錳的生產流程為知識載體，考查化學反應的書寫，及除雜中的問題，題目難度中等，本題注意把握數據處理能力和圖象分析能力．