Question

14．高溫焙燒含硫廢渣會產(chǎn)生SO₂廢氣，為了回收利用SO₂，研究人員研制了利用低品位軟錳礦漿（主要成分是MnO₂）吸收SO₂并制備硫酸猛晶體的生產(chǎn)流程，其流程示意圖如下：

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⁺等其他金屬離子．
請回答下列問題：
（1）高溫焙燒在實驗室宜選擇的主要儀器是坩堝
（2）26．lg低品位軟錳礦吸收了含20.0%SO₂的廢氣2.24L（標況下），則低品位軟錳礦漿含MnO₂的質量分數(shù)為6.67%
（3）二氧化錳除能將SO₂氧化外，在圖中“氧化”過程還能將Fe²⁺氧化（填離子符號）
（4）濾渣的主要成分有氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣
（5）工業(yè)生產(chǎn)中為了確定需要向浸出液中加入多少MnO₂粉，可準確量取10.00mL浸出液用0.02mol/L酸性KMnO₄溶液滴定，判斷滴定終點的方法是當?shù)稳胱詈笠坏嗡嵝訩MnO₄溶液，溶液變紫紅色，且半分鐘內不褪色，若達滴定終點共消耗10.00mL酸性KMnO₄溶液，請計算浸出液中Fe²⁺濃度是0.1mol/L．
（6）操作a的具體過程蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌．

Answer 1

分析 高溫焙燒含硫廢渣產(chǎn)生的SO₂廢氣，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，浸出液還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金屬離子，F(xiàn)e²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液體中加入石灰漿，雜質中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺等陽離子，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．調節(jié)pH值在4.7～8.3間，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺陽離子通過調pH值，轉化為氫氧化鐵、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，由于制取的MnSO₄•H₂O含有結晶水，故操作a采用蒸發(fā)濃縮結晶的方法，得到MnSO₄•H₂O．
（1）加熱固體，應在坩堝中進行；
（2）反應的化學方程式為SO₂+MnO₂=MnSO₄，根據(jù)方程式計算；
（3）雜質離子中只有Fe²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺；
（4）Fe³⁺、Al³⁺陽離子通過調pH值，轉化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時生成微溶的硫酸鈣；
（5）高錳酸鉀有顏色，滴定終點時溶液變?yōu)樽霞t色，結合電子轉移的數(shù)目計算；
（6）由濾液得到晶體，應進行蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌等操作．

解答 解：高溫焙燒含硫廢渣產(chǎn)生的SO₂廢氣，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，浸出液還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金屬離子，F(xiàn)e²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液體中加入石灰漿，雜質中含有Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺等陽離子，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．調節(jié)pH值在4.7～8.3間，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺陽離子通過調pH值，轉化為氫氧化鐵、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，由于制取的MnSO₄•H₂O含有結晶水，故操作a采用蒸發(fā)濃縮結晶的方法，得到MnSO₄•H₂O．
（1）加熱固體，應在坩堝中進行，故答案為：坩堝；
（2）低品位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，n（SO₂）=$\frac{2.24L×20%}{22.4L/mol}$=0.02mol，則n（MnO₂）=0.02mol，m（MnO₂）=0.02mol×87g/mol=1.74g，ω（MnO₂）=$\frac{1.74g}{26.1g}×100%$=6.67%，
故答案為：6.67%；
（3）由以上分析可知，二氧化錳除能將SO₂氧化外，在圖中“氧化”過程還能將 Fe²⁺氧化，故答案為：Fe²⁺；
（4）Fe³⁺、Al³⁺陽離子通過調pH值，轉化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時生成微溶的硫酸鈣，所以濾渣主要有氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣，
故答案為：氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣；
（5）高錳酸鉀有顏色，滴定終點時溶液變?yōu)樽霞t色，判斷方法為當?shù)稳胱詈笠坏嗡嵝訩MnO₄溶液，溶液變紫紅色，且半分鐘內不褪色，若達滴定終點共消耗l0.00mL酸性KMnO₄溶液，則n（KMnO₄）=0.01L×0.02mol/L=2×10^-4mol，得電子的物質的量為2×10^-4mol×（7-2）=10^-3mol，反應中Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，則
n（Fe²⁺）=10^-3mol，c（Fe²⁺）=$\frac{0.001mol}{0.01L}$=0.1 mol/L
故答案為：當?shù)稳胱詈笠坏嗡嵝訩MnO₄溶液，溶液變紫紅色，且半分鐘內不褪色；0.1 mol/L；
（6）由濾液得到晶體，應進行蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌等操作，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌．

點評 本題以制備硫酸錳的生產(chǎn)流程為知識載體，綜合考查學生的分析能力、實驗能力和計算能力，為高頻考點，涉及考查化學反應的書寫，及除雜中的問題，題目難度中等，本題注意把握數(shù)據(jù)處理能力和圖象分析能力．