Question

1．研究人員研制利用低品位軟錳礦漿（主要成分是MnO₂）吸收硫酸廠的尾氣SO₂，制備硫酸錳的生產(chǎn)流程如圖1：

已知：浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺等其他金屬離子．PbO₂的氧化性大于MnO₂．
有關(guān)金屬離子的半徑、形成氫氧化物沉淀時的pH見下表，陽離子吸附劑吸附金屬離子的效果見圖2．

離子	離子半徑（pm）	開始沉淀 時的pH	完全沉淀 時的pH
Fe2+	74	7.6	9.7
Fe3+	64	2.7	3.7
Al3+	50	3.8	4.7
Mn2+	80	8.3	9.8
Pb2+	121	8.0	8.8
Ca2+	99	-	-

請回答下列問題：
（1）寫出浸出過程中生成Mn²⁺反應的化學方程式SO₂+MnO₂=MnSO₄．
（2）氧化過程中主要反應的離子方程式2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O．
（3）在氧化后的液體中加入石灰漿，用于調(diào)節(jié)pH值，此處調(diào)節(jié)pH值用到的儀器是pH計，應調(diào)節(jié)至4.7≤pH＜8.3范圍．
（4）陽離子吸附劑可用于除去雜質(zhì)金屬離子．請依據(jù)圖、表信息回答，決定陽離子吸附劑吸附效果的因素有吸附時間、金屬離子半徑、金屬離子電荷等；吸附步驟除去的主要離子為：Pb²⁺、Ca²⁺．
（5）CaSO₄是一種微溶物質(zhì)，已知Ksp（CaSO₄）=9.10×10^-7．現(xiàn)將c mol•L^-1 CaCl₂溶液與2.00×10^-2mol•L^-1 Na₂SO₄溶液等體積混合（忽略體積的變化），則生成沉淀時，c的最小值是1.82×10^-5．．

Answer 1

分析 低品位軟錳礦漿軟錳礦漿（主要成分是MnO₂）吸收硫酸廠的尾氣SO₂，MnO₂與SO₂發(fā)生氧化還原反應，浸出液的金屬離子主要是Mn²⁺，還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺等其他金屬離子，向浸出液加入MnO₂粉，F(xiàn)e²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液體中雜質(zhì)含有Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四種陽離子，加入石灰漿調(diào)節(jié)pH除雜，由表可知只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺陽離子通過調(diào)pH值，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時生成微溶的硫酸鈣，過濾，濾渣主要有氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣，從吸附率的圖可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率較高，通過陽離子吸附劑除去Ca²⁺、Pb²⁺，過濾，對濾液蒸發(fā)濃縮得到MnSO₄•H₂O，
要使沉淀生成，則Qc≥Ksp，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）低品位軟錳礦漿軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，則MnO₂與SO₂發(fā)生氧化還原反應，反應的化學方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄；
故答案為：SO₂+MnO₂=MnSO₄；
（2）雜質(zhì)離子中只有Fe²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，反應的離子方程式為2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
（3）從圖可表以看出，大于4.7可以將Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀，所以只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間即可，由pH計調(diào)節(jié)pH值；
故答案為：pH計；4.7≤pH＜8.3；
（4）圖中離子從上至下，金屬離子半徑有減小趨勢，對應的吸附率減小，隨著時間的遞增，所有離子的吸附率均增大，F(xiàn)e³⁺和Al³⁺離子所帶電荷數(shù)大，其吸附率低；雜質(zhì)中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺四種陽離子，由沉淀的pH范圍知，F(xiàn)e²⁺的沉淀與Mn²⁺離子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺則相差很遠，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．從吸附率的圖可以看出，Ca²⁺、Pb²⁺的吸附率較高；
故答案為：吸附時間、金屬離子半徑、金屬離子電荷；Pb²⁺、Ca²⁺；
（5）已知Ksp（CaSO₄）=9.10×10^-7，現(xiàn)將c mol•L^-1 CaCl₂溶液與2.00×10^-2mol•L^-1 Na₂SO₄溶液等體積混合（忽略體積的變化），溶液中c（Ca²⁺）=$\frac{c}{2}$mol/L，c（SO₄^2-）=1.00×10^-2mol/L，要生成沉淀時，則Qc≥Ksp，故$\frac{c}{2}$•1.00×10^-2≥9.10×10^-7，解得c≥1.82×10 ^-5；
故答案為：1.82×10 ^-5．

點評 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計算等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎(chǔ)與靈活運用能力，題目難度中等．