Question

工业上以软锰矿为原料，利用烧结烟气中的SO₂制备MnSO₄?H₂O的流程如下：

某软锰矿的主要成分为MnO₂，还含有Si（16.27%）、Fe（5.86%）、Al（3.42%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物．酸浸过程发生反应：Me_mO_n+H⁺→Me^（2n/m）++H₂O，Me表示Fe、Al、Zn、Cu等．25℃时部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2	CuS	ZnS	MnS	FeS
pH	5.2	3.2	9.7	10.4	6.7	8.0	≥-0.42	≥2.5	≥7	≥7

回答下列问题：
（1）酸浸时SO₂将MnO₂还原为MnSO₄，其离子方程式为

 

．酸浸时SO₂的吸收率与pH和温度的关系如下图，为提高SO₂的吸收率，酸浸适宜的条件是

 

．

（2）滤渣B的主要成分是

 

．
（3）加入MnS的目的是

 

．
（4）操作IV的步骤为

 

、

 

、过滤、洗涤、干燥．
（5）MnO₂的生产方法之一是以石墨为电极，在不断搅拌情况下，电解酸化的MnSO₄溶液，阳极的电极反应式为：

 

．
（6）已知金属离子浓度小于1.0×10^-5mol/L时认为已经完全沉淀，根据表格数据，计算25℃时Zn（OH）₂溶度积K_sp为

 

（不需计算过程）．

Answer 1

分析：（1）根据酸浸时SO₂将MnO₂还原为MnSO₄，根据元素守恒写出离子方程式；根据图1和图2分析判断；
（2）由题目信息可知，酸浸后的过滤液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，结合题中阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH进行判断．
（3）根据工艺流程及硫化物的K_sp判断．
（4）根据从溶液中分离溶质的操作分析；
（5）Mn²⁺在阳极失去电子生成MnO₂；
（6）根据表中数据，利用K_sp=c（Zn²⁺）．c²（OH^-）计算．

解答：解：（1）根据酸浸时SO₂将MnO₂还原为MnSO₄，所以其反应离子方程式为MnO₂+SO₂=Mn²⁺+SO₄^2-；根据图1可知pH为3左右SO₂的吸收率高，根据图2可知温度为40℃左右SO₂的吸收率高；
故答案为：MnO₂+SO₂=Mn²⁺+SO₄^2-；pH为3左右、温度为40℃左右；
（2）酸浸后的过滤液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，加氨水调pH至5.4，结合题中阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH可知，Fe³⁺、Al³⁺完全转化为Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，其它离子不沉淀，故滤渣B的主要成分为Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
故答案为：Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
（3）根据题中硫化物的K_sp可知，加入MnS是为了生成溶解度更小的CuS、ZnS而除去Cu²⁺、Zn²⁺．
故答案为：Cu²⁺、Zn²⁺；
（4）从溶液中分离溶质，要先蒸发浓缩，然后冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥，
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶；
（5）Mn²⁺在阳极失去电子生成MnO₂，其电极反应式应为Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
故答案为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
（6）当溶液的pH=8.0时，Zn²⁺完全沉淀，溶液中c（Zn²⁺）≈10^-5mol?L^-1，K_sp=c（Zn²⁺）．c²（OH^-）=10^-5?（10^-6）²=1.0×10^-17，
故答案为：1.0×10^-17．

点评：本题考查学生对元素及其化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程式、阅读题目获取新信息能力、对工艺流程的理解等，难度中等，需要学生具备扎实的基础与综合运用知识、信息分析解决问题能力．