题目内容
【题目】海洋深处有丰富的软锰矿，以此为主要原料生产MnSO4的工业流程如下：
已知：①软锰矿的主要成分是MnO2，此外还含有Fe2O3、Al2O3、CuO、NiO、SiO2等少量杂质。
②几种离子沉淀时数据信息如下：
(1)写出酸浸过程中SO2与MnO2反应的离子方程式___________。
(2)为了探究MnO2与SO2反应情况，某研究小组将含有SO2尾气和一定比例的空气通入MnO2悬浊液中，保持温度不变的情况下，测得溶液中c(Mn2+)和c(SO42－)随反应时间的变化如图所示。导致溶液中c(Mn2+)和c(SO42－)的变化产生明显差异的原因是___________。
(3)操作I是“除铁铝”，其主要步骤为向滤液I中加入软锰矿，调节p=5.2~6.0左右，使其Fe3+、Al3+沉淀完全，再加入活性炭搅拌、抽滤。写出滤液I中生成Fe2+相关的离子方程式___________、___________。
(4)操作Ⅱ是“除铜镍”，其主要步骤为：向滤液Ⅱ中加入MnS(难溶物)，充分搅拌，过滤。加入MnS能除去滤液Ⅱ中Cu2+和Ni2+的原因是___________。
(5)以MnSO4溶液为原料可通过电解法制备超级电容器材料MnO2，其装置如图所示：
则电解过程中阳极电极反应式为___________，电解一段时间后，阴极溶液中H+的物质的量___________(填“变大”、“减小”或“不变”)。实际生产过程中___________(填“能”或“不能”)用MnCl2溶液代替MnSO4溶液。
【答案】MnO2+S02=Mn2++SO42- Mn2+催化O2与H20、SO2反应,生成H2SO4 Fe2O3+6H+=2Fe2++3H2O SO2+2Fe3++2H20=SO42-+2Fe2++4H+ CuS和NiS的溶度积常数小于MnS,易于发生不溶物的转化 Mn2++2H20-2e-=MnO2+4H+ 不变 不能
【解析】
(1)酸浸过程中SO2具有还原性，MnO2具有氧化性，所以两者反应生成硫酸锰，反应的离子方程式为：MnO2+S02=Mn2++SO42-；答案：MnO2+S02=Mn2++SO42-。
(2) 若反应体系只发生MnO2+SO2=MnSO4,Mn2+与SO42-的浓度变化应该一致,而图示信息表明，SO42-的浓度变化比Mn2+的浓度变化要快，说明反应体系还发生了其它生成SO42-的反应,由于温度不变, SO42-的浓度变化说明Mn2+能催化O2与H20、SO2生成H4SO4反应。答案：Mn2+催化了O2与H20、SO2反应,生成H2SO4的反应。
(3)滤液I首先发生的是三氧化二铁被硫酸溶解反应：Fe2O3+6H+=2Fe2++3H2O，生成的三价铁离子具有氧化性，二氧化硫具有还原性，所以又会继续反应：SO2+2Fe3++2H20=SO42-+2Fe2++4H+。答案：Fe2O3+6H+=2Fe2++3H2O；SO2+2Fe3++2H20=SO42-+2Fe2++4H+。
(4)因为CuS和NiS的溶度积常数小于MnS,所以向滤液Ⅱ中加入MnS后，会转化成更难溶解的CuS和NiS沉淀，进而除去铜镍。答案：CuS和NiS的溶度积常数小于MnS,易于发生不溶物的转化。
(5)由图可知阳极上Mn2+失电子化合价升高，生成二氧化锰,因此电极反应式为Mn2++2H20-2e-=MnO2+4H+;阴极上2H++2e-=H2
,若电解过程中外电路转移amole-,则阴极消耗amolH+,同时有amnolH+由阳极移向阴极，故阴极溶液中H+的物质的量不会改变;不能用MnCl2溶液代替MnSO4溶液，因为Cl-会放电导致MnO2的产率降低。答案：不变；不能。
