题目内容
【题目】某研究性学习小组利用软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收工业废气中的SO2，并制备硫酸锰的生产流程如下(浸出液的pH<2，其中除含Mn2+外，还含有少量Fe2+、Al3+、Ca2+等金属离子)：
“操作1”的滤液通过阳离子吸附剂除去Ca2+。金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表：
离子 | 开始沉淀时的pH | 完全沉淀时的pH |
Fe2+ | 7.6 | 9.7 |
Fe3+ | 2.7 | 3.7 |
Al3+ | 3.8 | 4.7 |
Mn2+ | 8.3 | 9.8 |
(1)浸出过程中被氧化的物质的化学式为____________。
(2)氧化过程中主要反应的离子方程式为_____________
(3)在氧化后的液体中加入石灰浆调节pH， pH 的范围是__________。
(4)操作2包括蒸发浓缩、__________、 过滤、 洗涤、干燥等操作。
(5)为测定所得MnSO4·H2O的纯度，准确称取上述样品1.720 g加入适量H2SO4和NH4NO3溶液，加热使Mn2+全部氧化成Mn3+后，配成200 mL溶液。取20.00 mL该溶液，向其中逐滴加入0.0500 mol·L-1的FeSO4溶液，发生如下反应： Fe2+ +Mn3+=== Fe3+ + Mn2+当反应恰好完全进行时，共消耗FeSO4溶液19.50 mL。计算MnSO4·H2O的纯度(写出计算过程，结果保留四位有效数字)__
【答案】SO2 2Fe2++ MnO2 + 4H+===2Fe3++ Mn2++ 2H2O 4.7≤pH<8.3 冷却结晶 95.80%
【解析】
软锰矿浆主要成分是MnO2，吸收工业废气中的SO2后，浸出液的pH<2，其中含Mn2+，则发生氧化还原反应MnO2+SO2=MnSO4，浸出液中加入二氧化锰后发生氧化还原反应4H++MnO2+2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O，再加入石灰浆调节pH，根据表格数据，要除去Fe3+、Al3+，并防止Mn2+沉淀，需调节pH值在4.7~8.3；“操作1”的滤液通过阳离子吸附剂除去Ca2+，过滤后得到含硫酸锰的溶液，再经蒸发浓缩、冷却结晶、 过滤、 洗涤、干燥得到硫酸锰晶体。
(1)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+，则与SO2发生氧化还原反应，反应的化学方程式为MnO2+SO2=MnSO4，硫元素化合价升高，则SO2被氧化。
(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。
(3)杂质中含有Fe3+、Al3+阳离子，从图中可以看出4.7可以将Fe3+和Al3+除去，小于8.3是防止Mn2+也沉淀，所以只要调节pH值4.7≤pH<8.3。
(4)操作1得到滤渣，说明操作1应为过滤，得到滤液蒸发浓缩后，冷却结晶再过滤洗涤等，进而制备纯净的硫酸锰；
(5)由题可知，Fe2+与Mn2+之间比例关系为1:1，即n(Fe2+)= n(Mn2+)，设MnSO4·H2O的纯度为a，n(Fe2+)=0.01950 L×0.0500 mol/L，n(Mn2+)=
，解得a=0.958=95.80%。
