Question

【题目】工业上用含锰废料(主要成分MnO2，含有少量Fe2O3、Al2O3、CuO、CaO等)与烟气脱硫进行联合处理并制备MnSO4的流程如下：

已知：25℃时，部分氢氧化物的溶度积常数(Ksp)如下表所示。

氢氧化物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Mn(OH)2
Ksp	1.3×10-33	4.0×10-38	2.2×10-20	1.9×10-14

请回答：

（1）沉淀1的化学式为__________________。

（2）室温下，调节pH为5。试通过计算说明此时Al3+、Fe3+已沉淀完全，理由是_________。 “净化”时，加入(NH4)2S的作用为___________________。

（3）“酸化、还原”中，发生的所有氧化还原反应的离子方程式为__________________。

（4）已知：滤液3中除MnSO4外，还含有少量(NH4)2SO4。(NH4)2SO4、MnSO4的溶解度曲线如下图所示。据此判断，操作“I”应为蒸发浓缩、____________、洗涤、干燥。

（5）工业上可用电解酸性MnSO4溶液的方法制备MnO2，其阳极反应式为________________。

（6）25.35 g MnSO4·H2O样品受热分解过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如下图所示。1150℃时，反应的化学方程式为___________________。

。

Answer 1

【答案】CaSO4pH=5时，[Al3+]=1.3×10-33/(10-9)3=1.3×10-6 <×10-5，说明Al3+已经沉淀完全。Fe(OH)3的Ksp更小，因此Fe3+也已沉淀完全除去Cu2+MnO2+SO2＝Mn2++SO42- 、 Fe2O3+SO2+2H+＝2Fe2++SO42-+H2O趁热过滤Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+3MnO2 Mn3O4＋O2↑

【解析】

含锰废料（主要成分MnO2，含有少量Fe2O3、Al2O3、CuO、CaO等）与含有二氧化硫烟气、稀硫酸溶解，发生SO2+MnO2═Mn2++SO42-，Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O，Al2O3+6H+=2Al3++3H2O，CuO+2H+=Cu2++H2O，CaO+2H++SO42-=CaSO4↓+H2O，沉淀1为CaSO4，滤液1 金属阳离子为Mn2+、Fe2+、Al3+、Cu2+，加入双氧水氧化Fe2+为Fe3+，调节pH为5沉淀Fe3+、Al3+，沉淀2为Al（OH）3和Fe（OH）3，滤液2金属阳离子为Mn2+、Cu2+，加入（NH4）2S沉淀Cu2+，滤液3中除MnSO4外，还含有少量（NH4）2SO4，将滤液3蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥制备MnSO4，据此分析解答。

（1）含锰废料中氧化钙与稀硫酸反应：CaO+2H++SO42-=CaSO4↓+H2O，沉淀1为CaSO4；

（2）pH=5时，c(Al3+)=1.3×10-33/(10-9)3=1.3×10-6 <×10-5，说明Al3+已经沉淀完全。Fe(OH)3的Ksp更小，因此Fe3+也已沉淀完全；（NH4）2S的作用沉淀Cu2+使Cu2+转化为CuS沉淀；

（3）“酸化、还原”中，发生的所有氧化还原反应的离子方程式为：SO2+MnO2═Mn2++SO42-，Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O；

（4）由图可知（NH4）2SO4的溶解度随温度的升高而增大，MnSO4的溶解度随温度的升高减小，故将滤液3蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥制备MnSO4；

（5）用电解酸性MnSO4溶液的方法制备MnO2，阳极发生氧化反应，反应式为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；

（6）25.35g MnSO4H2O样品n（锰）=n（MnSO4H2O）=0.15mol，其中n（H2O）=0.15mol，m（H2O）=2.7g，300℃时，所得固体质量为22.65g，减少的质量为2.7g，则说明该段失去结晶水，此时固体为：MnSO4；300℃时，固体为：MnSO4，受热分解生成锰的氧化物和硫的氧化物0.15mol，850℃时，固体质量由22.65g减少到为13.05g，减少的质量为9.6g，则硫氧化物的相对质量为64，故为二氧化硫，则此时的固体为MnO2，1150℃时固体为为二氧化锰分解所得，锰元素质量守恒，则m（锰）=n（锰）×55=8.25g，则氧化物中m（O）=11.45g-8.25g=3.2g，n（O）=0.2mol，故n（Mn）：n（O）=0.15：0.2=3：4，则该氧化物为：Mn3O4，故反应为：3MnO2 Mn3O4＋O2↑。