Question

11．工业上用软锰矿（主要成分MnO₂，杂质金属元素Fe、Al等） 制备MnSO₄•H₂O 的一种工艺流程如下：

已知：浸出液中阳离子主要有Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺等，浸出过程中发生的主要反应化学方程式为：MnO₂+SO₂=MnSO₄．
回答下列问题：
（1）物质X最好选用b．
a．盐酸b．硫酸c．硝酸
（2）酸浸时SO₂的吸收效率与pH、温度的关系如下图所示，为提高SO₂的吸收效率，酸浸适宜的条件是pH控制在3左右，温度控制在40℃左右．

（3）流程中“氧化”步骤主要反应的离子方程式是MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（4）加入石灰浆调节pH，可将氧化后的浸出液中Fe³⁺、Al³⁺形成氢氧化物除去．检验Fe³⁺是否除尽的最佳方法是取上层清液少许，向其中滴加少许KSCN溶液，若溶液未出现血红色，则Fe³⁺除尽．
（5）用MnSO₄可测定水中溶解氧，方法是：取100mL 水样，迅速加入足量MnSO₄溶液及含有NaOH的KI溶液，立即塞上塞子、振荡，使之充分反应；打开塞子，迅速加入适量的稀硫酸，此时有I₂生成；再用5.00×10^-3mol•L^-1Na₂S₂O₃溶液和I₂反应，当消耗Na₂S₂O₃溶液 12.0mL时反应完全．有关化学反应方程式如下：
①2Mn²⁺+O₂+4OH^-=2MnO（OH）₂（反应很快）；
②MnO（OH）₂+2I^-+4H⁺=Mn²⁺+I₂+3H₂O；
③I₂+2S₂O₃^2-=S₄O₆^2-+2I^-．
计算水样中溶解氧的浓度（以mg•L^-1为单位），写出计算过程．由题意可知n（S₂O₃^2-）=5.00×10^-3mol•L^-1 ×12.0 mL=6.00×10^-5 mol，根据反应①2Mn²⁺+O₂+4OH^-=2MnO（OH）₂（反应很快）；②MnO（OH）₂+2I^-+4H⁺=Mn²⁺+I₂+3H₂O；③I₂+2S₂O₃^2-=S₄O₆^2-+2I^-，可得关系式：
O₂ ～4 S₂O₃^2-，
1 mol 4 mol
n（O₂） 6.00×10^-5 mol
n（O₂）=1.50×10^-5 mol
所以水样中溶解氧的浓度=1.50×10^-5 mol×32 g•mol^-1÷100mL=4.80 mg•L^-1，
答：水样中溶解氧的浓度为4.80 mg•L^-1

Answer 1

分析 由流程可知，软锰矿主要成分MnO₂，杂质金属元素Fe、Al等，制备MnSO₄•H₂O，可以加硫酸溶解后，得到浸出液中阳离子主要有Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺等，加入二氧化锰，将亚铁离子氧化成铁离子，调节pH，将铁离子、铝离子转化为沉淀，则滤渣为Fe（OH）₃、Al（OH）₃，滤液为溶液MnSO₄，经过蒸发浓缩、趁热过滤可得MnSO₄•H₂O，
（1）本实验要制备MnSO₄•H₂O，为了不引入新杂质，可以用硫酸溶解；
（2）根据图中SO₂的吸收效率最高的点确定酸浸适宜的条件；
（3）流程中“氧化”步骤是用二氧化锰将铁离子氧化成铁离子，同时生成锰离子；
（4）检验Fe³⁺可以用KSCN溶液；
（5）根据反应①2Mn²⁺+O₂+4OH^-=2MnO（OH）₂（反应很快）；②MnO（OH）₂+2I^-+4H⁺=Mn²⁺+I₂+3H₂O；③I₂+2S₂O₃^2-=S₄O₆^2-+2I^-，可得关系式O₂～4 S₂O₃^2-，利用关系式根据Na₂S₂O₃的物质的量可以求得O₂的物质的量，进而计算出水样中溶解氧的浓度．

解答 解：（1）本实验要制备MnSO₄•H₂O，为了不引入新杂质，可以用硫酸溶解，故选b；
（2）根据图可知pH为3左右SO₂的吸收率高，温度为40℃左右SO₂的吸收率高，所以选择的条件为pH控制在3左右，温度控制在40℃左右，
故答案为：pH控制在3左右，温度控制在40℃左右；
（3）流程中“氧化”步骤是用二氧化锰将铁离子氧化成铁离子，同时生成锰离子，反应主离子方程式为MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（4）检验Fe³⁺可以用KSCN溶液，所以检验Fe³⁺是否除尽的最佳方法是取上层清液少许，向其中滴加少许KSCN溶液，若溶液未出现血红色，则Fe³⁺除尽，
故答案为：取上层清液少许，向其中滴加少许KSCN溶液，若溶液未出现血红色，则Fe³⁺除尽；
（5）由题意可知n（S₂O₃^2-）=5.00×10^-3mol•L^-1 ×12.0 mL=6.00×10^-5 mol，根据反应①2Mn²⁺+O₂+4OH^-=2MnO（OH）₂（反应很快）；②MnO（OH）₂+2I^-+4H⁺=Mn²⁺+I₂+3H₂O；③I₂+2S₂O₃^2-=S₄O₆^2-+2I^-，可得关系式：
O₂ ～4 S₂O₃^2-，
1 mol          4 mol
n（O₂）        6.00×10^-5 mol
n（O₂）=1.50×10^-5 mol 
所以水样中溶解氧的浓度=1.50×10^-5 mol×32 g•mol^-1÷100mL=4.80 mg•L^-1，
答：水样中溶解氧的浓度为4.80 mg•L^-1．

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．