Question

【题目】研究人员研制利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收硫酸厂的尾气SO2，制备硫酸锰的生产流程如下：

已知：浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn2＋，还含有少量的Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Pb2＋等其他金属离子。PbO2的氧化性大于MnO2。PbSO4是一种微溶物质。有关金属离子的半径、形成氢氧化物沉淀时的pH见下表，阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图。

（1）浸出过程中生成Mn2+反应的化学方程式为_________________________________，

（2）Fe2＋被氧化的过程中主要反应的离子方程式___________________________________。

（3）在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至______________范围。

（4）阳离子吸附剂可用于除去杂质金属离子。请依据图、表信息回答，决定阳离子吸附剂吸附效果的因素有__________________________等（写二点）。

（5）吸附步骤除去的主要离子为_________________。

（6）电解MnSO4、ZnSO4和H2SO4的混合溶液可制备MnO2和Zn，写出阳极的电极反应方程式_____。

（7）CaSO4是一种微溶物质，已知Ksp(CaSO4)=9.10×10—6。现将c mol·L—1CaCl2溶液与2.00×10—2mol·L—1Na2SO4溶液等体积混合（忽略体积的变化），则生成沉淀时，c的最小值是____。

Answer 1

【答案】SO2＋MnO2＝MnSO4 2Fe2＋＋MnO2＋4H＋＝2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O 4.7 ≤pH<8.3 吸附时间、金属离子的半径 、金属离子的电荷 Pb2＋、Ca2＋ Mn2+-2e－＋2H2O＝MnO2↓＋4H+ 1.82×10- 3mol/L

【解析】

（1）MnO2与SO2发生氧化还原反应，反应的化学方程式为SO2+MnO2=MnSO4；

（2）杂质离子中只有Fe2+具有还原性，可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+；

（3）杂质中含有Fe3+、Al3+阳离子，从图可表以看出，大于4.7可以将Fe3+和Al3+除去，小于8.3是防止Mn2+也沉淀；

（4）根据题目提供的表格数据可知决定阳离子吸附剂吸附效果的因素有吸附时间、金属离子的半径、金属离子的电荷；

（5）吸附步骤除去的主要离子为Pb2+、Ca2+；

（6）二氧化锰是在阳极锰离子失电子生成，电极反应为：Mn2+-2e－＋2H2O＝MnO2↓＋4H+；

（7）根据沉淀溶度积进行计算。

（1）低品位软锰矿浆的主要成分是MnO2，通入SO2浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn2+，则MnO2与SO2发生氧化还原反应，反应的化学方程式为SO2+MnO2=MnSO4，

故答案为：SO2+MnO2=MnSO4。

（2）杂质离子中只有Fe2+具有还原性，可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+，反应的离子方程式为2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O，

故答案为：2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O。

（3）杂质中含有Fe3+、Al3+阳离子，从图可表以看出，大于4.7可以将Fe3+和Al3+除去，小于8.3是防止Mn2+也沉淀，故答案为：4.7≤pH<8.3。

（4）根据题目提供的表格数据可知决定阳离子吸附剂吸附效果的因素有吸附时间、金属离子的半径、金属离子的电荷，故答案为：吸附时间、金属离子的半径、金属离子的电荷；

（5）吸附步骤除去的主要离子为Pb2+、Ca2+，故答案为：Pb2+、Ca2+。

（6）由流程图中得到产物为二氧化锰和锌分析，得到锌是锌离子在阴极得到电子析出，电极反应为：Zn2++2e-=Zn；二氧化锰是在阳极锰离子失电子生成，电极反应为：Mn2+-2e－＋2H2O＝MnO2↓＋4H+，故答案为：Mn2+-2e－＋2H2O＝MnO2↓＋4H+。

（7）CaSO4是一种微溶物质，已知Ksp(CaSO4)=9.10×10-6。现将cmol/LCaCl2溶液与2.00×10-2mol/LNa2SO4溶液等体积混合，由于忽略体积的变化，所以混合后氯化钙和硫酸钠溶液的浓度都要减半；c(SO42-)=1.00×10-2mol/L，c(Ca2+)=c/2mol/L。由于Ksp(CaSO4)= 9.10×10-6，c(SO42-)c(Ca2+)≥9.10×10-6，则生成沉淀时c(Ca2+)≥（9.10×10-6÷1.00×10-2mol/L）×2=1.82×10-3mol/L，因此c的最小值是1.82×10-3mol/L，故答案为：1.82×10-3mol/L。