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
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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:MemOn+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 。 图1: SO2的吸收率与 pH值的关系 图2: SO2的吸收率与温度的关系 (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Ksp为 (不需计算过程,计算结果保留两位有效数字)。 |
答案
(17分) (1) MnO2 +SO2= Mn2++SO42-(3分) pH为3左右、温度为40℃左右(2分) (2)Fe(OH)3、Al(OH)3 (2分) (3)除去Cu2+、Zn2+ (2分) (4)蒸发浓缩 冷却结晶 (2分) (5)Mn2+-2e-+2H2O = MnO2+ 4H+ (3分) (6)1.0×10-17 (3分) |
解析
试题分析:(1)依题意,二氧化硫是还原剂,二氧化锰是氧化剂,硫酸根离子是氧化产物,锰离子是还原产物,根据元素化合价升降的最小公倍数、电荷和原子个数守恒法配平可得:MnO2 +SO2= Mn2++SO42-;读图可知,其它变量保持不变时,酸浸溶液pH为3左右时,二氧化硫的吸收率最大;其它变量保持不变时,酸浸溶液温度为40℃左右时,二氧化硫的吸收率最大;为了提高二氧化硫的吸收率,酸浸适宜的条件是pH为3左右、温度为40℃左右;(2)酸浸时,二氧化锰被二氧化硫氧化,所得硫酸锰溶于水,而铁的氧化物、铝的氧化物、锌的氧化物、铜的氧化物均溶于硫酸,只有硅的氧化物不溶于硫酸和水,则滤渣A的主要成分是二氧化硅;操作I是过滤,所得滤液主要含有Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、SO42-、H+,酸性条件下通入氧气的目的是除去Fe2+,使亚铁离子完全氧化为铁离子且消耗溶液中的氢离子,发生的反应为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O,通入氨水中和过量的酸,NH3•H2O+H2SO4=(NH4)2SO4,使溶液的pH增大;读表中金属阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时的pH可得,若调pH至5.4,使Fe3+、Al3+完全沉淀,生成Fe(OH)3、Al(OH)3,则滤渣B的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3,操作II是过滤,所得滤液的pH约为5.4,主要含有Mn2+、Cu2+、Zn2+、SO42-、NH4+、H+;(3)读表格中金属阳离子以硫化物形式完全沉淀时的pH可得,向pH约为5.4的滤液中加入MnS,加热煮沸时,可以除去Cu2+、Zn2+,且引入Mn2+,既除去杂质又不引入新的杂质;(4)操作III是过滤,滤渣C的主要成分是CuS、ZnS;所得滤液的pH约为5.4,主要含有Mn2+、SO42-、NH4+、H+,从该溶液中分离出MnSO4•H2O的方法是结晶,主要步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥;(5)阳极发生氧化反应,反应物中所含元素的化合价升高,由此推断阳极的主要反应物是Mn2+,主要产物是MnO2,根据化合价升高总数等于失去电子数,根据酸性溶液中用氢离子和水使左右电荷、原子守恒,可以书写并配平该阳极反应式:Mn2+-2e-+2H2O = MnO2+ 4H+;(6)氢氧化锌是难溶电解质,存在如下平衡: Zn(OH)2(s)Zn2++2OH-,由于表中氢氧化锌完全沉淀时溶液pH=8.0,25℃时Kw=1.0×10-14,则该溶液中c(H+)=1.0×10-8mol/L,c(OH-)=Kw/ c(H+)=10-6mol/L,由于此时溶液c(Zn2+)=1.0×10-5mol/L,则Ksp[Zn(OH)2(s)]= c(Zn2+)• c2(OH-)= 1.0×10-17,注意保留两位有效数字。 |
举一反三
下列能大量共存且溶液为无色透明的离子组是A.Al3+、Na+、HCO3-、Cl- | B.Fe3+、NO3-、Cl-、SO42- | C.Na+、H+、SO32-、NO3- | D.SiO32-、Na+ 、K+、CO32- |
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能在透明溶液中大量共存的一组离子是A.Na+、NH4+、OH-、HCO3- | B.Mg2+、Ag+、NO3-、SiO32- | C.K +、Cu2+、Cl-、SO42- | D.H+、Fe3+、I-、ClO- |
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下列离子在溶液中能大量共存的一组是A.Fe3+、H+、ClO-、SO32- | B.K+、Al3+、Cl-、CO32- | C.Na+、Ca2+、HCO3-、OH- | D.Al3+、NH4+、Cl-、SO42- |
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下列叙述正确的是A.相同温度下,中和pH=1的盐酸和醋酸各20.0mL,需要0.100 mol·L-1NaOH都是20.0mL | B.0.1mol·L-1Na2CO3中加入少量NaOH固体后振荡,c(Na+)和c(CO32-)都增大 | C.常温下,向AgCl悬浊液中加入少量NaCl固体后振荡,Ksp(AgCl)增大 | D.相同浓度的CH3COOH和 CH3COONa溶液等体积混合后,则:c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=2c(Na+) |
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下列离子方程式中错误的是A.稀氨水吸收足量SO2:NH3·H2O + SO2= NH4++ HSO3- | B.向Ca(ClO)2溶液中通入过量二氧化碳:ClO-+ H2O + CO2=" HClO" + HCO3- | C.稀硝酸中加入铁粉:2Fe + 6H+= 2Fe3++ 3H2↑ | D.过氧化钠与冷水反应:2Na2O2+ 2H2O = 4Na++ 4OH-+ O2↑ |
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