Question

4．Ⅰ制备：目前，我国采用“接触法”制硫酸，设备如图所示：

（1）图中设备A的名称是沸腾炉，B设备气流a、b温度较高的是b（填“a”或“b”），C设备中用浓硫酸吸收SO₃．
（2）CuFeS₂是黄铁矿的另一部分，煅烧时，CuFeS₂转化为CuO、Fe₂O₃和SO₂，该反应的化学方程式为：4CuFeS₂+13O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂．
Ⅱ为了回收利用SO₂，研究人员研制了利用低品位软锰矿浆（主要成分是MnO₂）吸收高温焙烧含硫废渣产生的SO₂废气，制备硫酸锰晶体的生产流程，其流程示意图如下：

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⁺等其他金属离子．有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表：

离子	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe2+	7.6	9.7
Fe3+	2.7	3.7
Al3+	3.8	4.7
Mn2+	8.3	9.8

请回答下列问题：
（1）写出浸出过程中主要反应的化学方程式：SO₂+MnO₂=MnSO₄．
（2）写出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，并用pH试纸测定调节pH，pH应调节范围是4.7≤pH＜8.3．
（4）滤渣的主要成分有氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙．
（5）下列各组试剂中，能准确测定尾气中SO₂含量的是b、c．（填编号）
a．NaOH溶液、酚酞试液b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液
c．碘水、淀粉溶液d．氨水、酚酞试液．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）依据接触法制硫酸的工业流程和设备反应分析判断；二氧化硫氧化生成三氧化硫为放热反应；三氧化硫吸收的方法是利用浓硫酸吸收，防止形成酸雾，阻止吸收分析判断；
（2）根据已知信息，确定出反应物和生成物，然后配平化学方程式；
Ⅱ（1）依据流程图可知：浸出过程为软锰矿浆与二氧化硫发生氧化还原反应的过程，生成产物为硫酸锰；
（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，为除去Fe³⁺和Al³⁺，只要调节pH值在4.7～8.3间，若pH大于8.3，则Mn²⁺也会沉淀；
（4）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；
（5）根据物质间能发生几步反应分析．

解答 解：Ⅰ（1）A设备是硫铁矿与氧气在高温下煅烧反应在沸腾炉中进行；二氧化硫氧化生成三氧化硫为放热反应，所以b处温度高于a；用水吸收三氧化硫易形成酸雾阻止三氧化硫的吸收，通常用浓硫酸吸收；
故答案为：沸腾炉； b；浓硫酸；
（2）根据题意可知，高温煅烧时CuFeS₂时，反应物为CuFeS₂和O₂，生成物为CuO、Fe₂O₃ 和SO₂，再根据化合价升降法配平氧化还原反应方程式，
故答案为：4CuFeS₂+13O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
Ⅱ（1）二氧化锰与二氧化硫反应生成硫酸锰，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）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：4.7≤pH＜8.3；
（4）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，所以滤渣主要有氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙，
故答案为：氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙；
（5）a．二氧化硫和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠，亚硫酸钠和二氧化硫、水又能反应生成亚硫酸氢钠，有两步反应，所以无法准确测定尾气中SO₂含量，故a错误；
b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液和二氧化硫能发生氧化还原反应而使溶液褪色，只发生一步反应，所以能准确测定尾气中SO₂含量，故b正确；
c．碘和二氧化硫能发生氧化还原反应而使溶液褪色，只发生一步反应，所以能准确测定尾气中SO₂含量，故c正确；
d．氨水和二氧化硫反应生成亚硫酸铵，亚硫酸铵和二氧化硫和水又能反应生成亚硫酸氢铵，有两步反应，所以无法准确测定尾气中SO₂含量，故d错误；
故答案为：b、c．

点评 本题为综合题，考查了工业合成硫酸、工业制备硫酸锰的流程，涉及氧化还原方程式书写、物质的分离和提纯，盐类水解的应用，把握数据处理能力和图象分析能力是解题关键，题目难度较大．