研究人员研制利用软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收流酸厂的尾气SO2.制备流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见如表.阳离子吸附剂吸附金属离子的效� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

18．研究人员研制利用软锰矿浆（主要成分是MnO₂）吸收流酸厂的尾气SO₂，制备流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见如表，阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见如图．

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反应的化学方程式SO₂+MnO₂=MnSO₄．
（2）氧化过程中主要反应的离子方程式2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+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，应调节pH的范围为4.7≤pH＜8.3．
（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吸附时间、金属离子的半径、金属离子的电荷等；吸附步骤除去的主要离子为：Pb²⁺、Ca²⁺．
（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1.82×10^-3mol•L^-1．

分析高温焙烧含硫废渣产生的SO₂废气，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，浸出液还含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金属离子，Fe²⁺具有还原性，可以被MnO₂在酸性条件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液体中加入石灰浆，杂质中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四种阳离子，由沉淀的pH范围知，Fe²⁺的沉淀与Mn²⁺离子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺则相差很远，故可以将Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除杂．从吸附率的图可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率较高，故只要调节pH值在4.7～8.3间，Fe³⁺、Al³⁺阳离子通过调pH值，转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，同时生成微溶的硫酸钙，过滤，滤渣主要有氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙，由于制取的MnSO₄•H₂O含有结晶水，故操作a采用蒸发浓缩结晶的方法，得到MnSO₄•H₂O，
（1）从流程图看，浸出过程是软锰矿浆（MnO₂）与SO₂的反应；
（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）从表可以看出，只要调节pH值在4.7～8.3间，大于4.7可以将Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀；
（4）结合半径，分析右图知，图中离子从上至下，半径有减小趋势，对应的吸附率减小．随着时间的递增，所有离子的吸附率均增大；另Fe³⁺和Al³⁺离子所带电荷数大，其吸附率低，从吸附率的图可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率较高，
（5）2.00×10^-2 mol•L^-1Na₂SO₄溶液中c（SO₄^2-）=2.00×10^-2 mol•L^-1，根据Ksp（CaSO₄）=c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-），可求得c（Ca²⁺），进而确定c的值．

解答解：高温焙烧含硫废渣产生的SO₂废气，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，浸出液还含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金属离子，Fe²⁺具有还原性，可以被MnO₂在酸性条件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液体中加入石灰浆，杂质中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四种阳离子，由沉淀的pH范围知，Fe²⁺的沉淀与Mn²⁺离子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺则相差很远，故可以将Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除杂．从吸附率的图可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率较高，故只要调节pH值在4.7～8.3间，Fe³⁺、Al³⁺阳离子通过调pH值，转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，同时生成微溶的硫酸钙，过滤，滤渣主要有氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙，由于制取的MnSO₄•H₂O含有结晶水，故操作a采用蒸发浓缩结晶的方法，得到MnSO₄•H₂O，
（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）调节pH值用到的仪器是pH计，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，所以只要调节pH值在4.7～8.3间即可．
故答案为：pH计；4.7≤pH＜8.3；
（4）图中离子从上至下，半径有减小趋势，对应的吸附率减小．随着时间的递增，所有离子的吸附率均增大；另Fe³⁺和Al³⁺离子所带电荷数大，其吸附率低，杂质中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四种阳离子，由沉淀的pH范围知，Fe²⁺的沉淀与Mn²⁺离子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺则相差很远，故可以将Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除杂．从吸附率的图可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率较高，
故答案为：吸附时间、金属离子半径、金属离子电荷；Pb²⁺、Ca²⁺；
（5）c mol•L^-1CaCl₂溶液与2.00×10^-2 mol•L^-1Na₂SO₄溶液等体积混合，混合后Na₂SO₄的浓度为1.00×10^-2 mol•L^-1，根据Ksp（CaSO₄）=c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-），可知混合溶液中c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp（CaS{O}_{4}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{9.10×1{0}^{-6}}{1.00×1{0}^{-2}}$ mol•L^-1=9.10×10^-4 mol•L^-1，所以混合前c=2×9.10×10^-4 mol•L^-1=1.82×10 ^-3mol•L^-1，
故答案为：1.82×10 ^-3mol•L^-1．

点评本题以制备硫酸锰的生产流程为知识载体，考查化学反应的书写，及除杂中的问题，题目难度中等，本题注意把握数据处理能力和图象分析能力．

练习册系列答案

9．

利用废铝箔（主要成分为Al、少量的Fe、Si等）既可制取有机合成催化剂AlBr₃又可制取净水剂硫酸铝晶体[A1₂（SO₄）₃•18H₂O]．
I．实验室制取无色的无水AlBr₃（熔点：97.5℃，沸点：263.3～265℃）可用如图6所示装置，主要实验步骤如下：
步骤l：将铝箔剪碎，用CCl₄浸泡片刻，干燥，然后投入到烧瓶6中．
步骤2：从导管口7导入干燥的氮气，同时打开导管口l和4放空，一段
时间后关闭导管口7和1；导管口4接装有P₂O₅的干燥管．
步骤3：从滴液漏斗滴入一定量的液溴于烧瓶6中，并保证烧瓶6
中铝过剩．
步骤4：加热烧瓶6，回流一定时间．
步骤5：将氮气的流动方向改为从导管口4到导管口l．将装有
P₂O₅的干燥管与导管口1连接，将烧瓶6加热至270℃左右，使溴化铝
蒸馏进入收集器2．
步骤6：蒸馏完毕时，在继续通入氮气的情况下，将收集器2从3处
拆下，并立即封闭3处．
（1）步骤l中，铝箔用CCl₄浸泡的目的是除去铝箔表面的油脂等有机物．
（2）步骤2操作中，通氮气的目的是排出装置中含有水蒸气的空气．
（3）步骤3中，该实验要保证烧瓶中铝箔过剩，其目的是保证溴完全反应，防止溴过量混入溴化铝中．
（4）步骤4依据何种现象判断可以停止回流操作当5的管中回流液呈无色或烧瓶6中物质呈无色．
（5）步骤5需打开导管口l和4，并从4通入N₂的目的是将溴化铝蒸汽导入装置2中并冷凝得到溴化铝．

6．一定条件下，在一容积可变的密闭容器中，反应：2A（g）+B（g）$?_{△}^{催化剂}$2C（g）过程中的能量变化如图1所示．反应过程中，A、B、C的物质的量（mol）的变化如下表：

时间（min）	0	1	2	3	4	5	6	7	8
n（A）	2.00	1.90	1.82	1.76	1.64	1.54	1.50	1.50	1.50
n（B）	1.00	0.95	0.91	0.88	0.82	0.77	0.75	0.75	0.75
n（C）	0	0.10	0.18	0.24	0.36	0.46	0.50	0.50	0.50

回答下列问题：
（1）反应的正反应△H＜（填“大于”或“小于”）0．
（2）该反应达到平衡时，下列说法不正确的是D．
（A）气体的密度不再改变（B）A的物质的量浓度不再改变
（C）放出或吸收的热量不再变化（D）v_正（A）=v_逆（A）=0
（3）t°C时，在一容积为2L的恒容密闭容器内加入0.4molA和0.6molB，在一定条件下发生反应，反应中C的物质的量浓度变化情况如2图：该温度下，反应进行到1分钟时B物质的量为0.55mol．

13．半导体生产中常需要控制掺杂，以保证控制电阻率，三氯化磷（PCl₃）是一种重要的掺杂剂．实验室要用黄磷（即白磷）与干燥的Cl₂在曲颈瓶中模拟工业生产制取PCl₃，装置如图所示：（部分夹持装置略去）

已知黄磷与少量Cl₂反应生成PCl₃，与过量Cl₂反应生成PCl₅．PCl₃遇水会强烈水解生成H₃PO₃和HCl；遇O₂会生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃．PCl₃、POCl₃的熔沸点如表：

物质	熔点/℃	沸点/℃
PCl₃	-112	75.5
POCl₃	2	105.3

请回答下列问题：
（1）B中所装试剂是浓H₂SO₄；E中冷水的作用是冷凝PCl₃防止其挥发．
（2）F中碱石灰的作用是吸收多余的氯气，防止空气中的水蒸汽进入烧瓶中和PCl₃ 反应．
（3）实验时，检查装置气密性后，先打开K₃通入干燥的CO₂，再迅速加入黄磷．通干燥CO₂的作用是排尽装置中的空气，防止白磷自燃．
（4）粗产品中常含有POC1₃、PCl₅等．加入黄磷加热除去PCl₅后，通过蒸馏（填实验操作名称），即可得到较纯净的PCl₃．
（5）实验结束时，可以利用C中的试剂吸收多余的氯气，C中反应的离子方程式为Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O．
（6）通过下面方法可测定产品中PCl₃的质量分数：
①迅速称取1.00g产品，加水反应后配成250mL溶液；
②取以上溶液25.00mL，向其中加入10.00mL 0.1000mol/L碘水，充分反应；
③向②所得溶液中加入几滴淀粉溶液，用0.1000mol/L的Na₂S₂O₃，溶液滴定；
④重复②、③操作，平均消耗Na₂S₂O₃溶液8.40mL．
已知：H₃PO₃+I₂=H₃PO₄+2HI，I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，
根据上述数据，假设测定过程中没有其他反应，该产品中PCl₃的质量分数为79.75%．

3．X、Y、Z、W、M是五种短周期主族元素，它们的核电荷数依次增大．其中X和W同主族，W原子的电子数等于Y和Z的最外层电子数之和，Z^2-和M³⁺具有相同的电子层结构．下列说法正确的是（　　）

	A．	X、Y、Z形成的化合物中不可能既有离子键
	B．	X和Z、M和Y、Z和W均可形成原子个数比为1：1的化合物
	C．	Y、Z、W、M形成的简单离子半径大小关系为Y＞Z＞M＞W
	D．	W与Cl形成化合物的熔点低于M与Cl形成化合物的熔点

10．以空气、海水和贝壳为原料可进行多种化工生产，如图1是课本介绍的几种基本工业生产，根据各物质的转化关系回答下列问题：

（1）在粗盐中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质，精制时所用的试剂为：a．盐酸　b．氯化钡溶液　c．氢氧化钠溶液　d．碳酸钠溶液．则加入试剂的顺序是（填编号）bdca 或cbda或bcda．
（2）工业上从空气中分离出A是利用空气中沸点各成分的不同；
（3）C、D反应可制取一种常用的消毒剂，写出反应的离子方程式：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；写出生成G+H的化学方程式：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓；
（4）合成E时要使产率增大、反应速率加快，可采取的办法是②⑥
①减压　②加压　③升温　④降温　⑤及时从平衡混合气中分离出E　⑥补充A或B　⑦加催化剂　⑧减小A或B的量
（5）电解饱和食盐水，下列关于离子交换膜电解槽的叙述错误的是d；
a．精制饱和食盐水进入阳极室 b．纯水（加少量NaOH）进入阴极室
c．阴极产物为氢氧化钠和氢气 d．阳极的电极反应为：Cl₂+2e^-═2Cl^-
（6）母液中常含有MgCl₂、NaCl、MgSO₄、KCl等（其溶解度与温度的关系如图2所示），可进一步加工制得一些重要的产品．若将母液加热升温到60℃以上，随着水分的蒸发，会逐渐析出晶体，此晶体的主要成分是NaCl和MgSO₄；过滤上述晶体后，将滤液降温到30℃以下，又逐渐析出晶体，用一定量的冷水洗涤该晶体，最后可得到比较纯净的KCl晶体．

7．常温下，下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是（　　）

	A．	水电离的c（ H⁺）=1×l0^-13 mol/L的溶液中：K⁺、Na⁺、SiO₃^2-、SO₄^2-
	B．	能使石蕊呈蓝色的溶液中：Na⁺、Fe³⁺、SO₄^2-、Cl^-
	C．	$\frac{{K}_{W}}{c（O{H}^{-}）}$=l×l0^-13mol/L的溶液中：Ba²⁺、ClO^-、Cl^-、NO₃^-
	D．	能与铝反应放出H₂的溶液中：Fe²⁺、K⁺、SO₄^2-、Cl^-

8．在能使酚酞变红的无色溶液中，能大量共存的离子组是（　　）

	A．	Na⁺、Mg²⁺、Br^-、Ba²⁺		B．	Na⁺、SO₃^2-、SO₄^2-、K⁺
	C．	K⁺、MnO₄^-、NO₃^-、Na⁺		D．	K⁺、Ca²⁺、SO₃^2-、Cl^-

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