Question

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Mn^2＋，还含有少量的Fe^2＋、Al^3＋、Ca^2＋、Pb^2＋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。

离子	离子半径(pm)	开始沉淀 时的pH	完全沉淀 时的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	－	－

 

请回答下列问题：
（1）写出浸出过程中生成Mn²⁺反应的化学方程式                            。
（2）氧化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值，此处调节pH值用到的仪器是       ，应调节pH的范围为                     。
（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；吸附步骤除去的主要离子为：               。
（5）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^—2 mol·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

（1）SO₂＋MnO₂＝MnSO₄ （2）2Fe^2＋＋MnO₂＋4H^＋＝2Fe^3＋＋Mn^2＋＋2H₂O；
（3）pH计， 4.7 ≤pH<8.3   （4）吸附时间、金属离子的半径 、金属离子的电荷；Pb^2＋、Ca^2＋
（5）1.82×10 ^{- 3}

试题分析：（1）根据题意在浸出过程中生成Mn²⁺反应的化学方程式为SO₂＋MnO₂＝MnSO₄；（2）将Fe²⁺氧化为Fe³⁺过程中主要反应的离子方程式为2Fe^2＋＋MnO₂＋4H^＋＝2Fe^3＋＋Mn^2＋＋2H₂O。（3）在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH值，此处调节pH值用到的仪器是pH计。使Fe^3＋沉淀完全的pH为3.7，而Mn^2＋开始形成沉淀的pH为8.3。因此应调节pH的范围为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；吸附步骤除去的主要离子为Pb^2＋、Ca^2＋。（5）CaSO₄是一种微溶物质，已知Ksp(CaSO₄)=9.10×10^—6。现将c mol/LCaCl₂溶液与2.00×10^—2 mol/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(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,则生成沉淀时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.