Question

6．軟錳礦的主要成分為MnO₂，還含有Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、CaO、SiO₂等雜質，工業(yè)上用軟錳礦制取MnSO₄•H₂O的流程如下：

已知：①部分金屬陽離子完全沉淀時的pH如下表

金屬陽離子	Fe3+	Al3+	Mn2+	Mg2+
完全沉淀時的PH值	3.2	5.2	10.4	12.4

②溫度高于27℃時，MnSO₄晶體的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低．
（1）“浸出”過程中MnO₂轉化為Mn²⁺的離子方程式為SO₂+MnO₂═Mn²⁺+SO₄^2-；
（2）第1步除雜中加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺．
（3）第1步除雜中形成濾渣l的主要成分為Al（OH）₃、Fe（OH）₃（填化學式），調pH至5-6所加的試劑，可選擇a、b（填以下試劑的序號字母）；  a．Cao    b．MgO    c．Al₂O₃    d．氨水
（4）第2步除雜，主要是將Ca²⁺、Mg²⁺轉化為相應氟化物沉淀除去，寫出MnF₂除去Mg²⁺的離子反應方程式MnF₂+Mg²⁺═Mn²⁺+MgF₂，該反應的平衡常數(shù)數(shù)值為7.2×10⁷．
（已知：MnF₂的Ksp=5.3×10^-3；CaF₂的Ksp=1.5×10^-10；MgF₂的Ksp=7.4×10^-11）：
（5）采用“趁熱過濾”操作的原因是因為減少MnSO₄•H₂O在水中的溶解，得到更所得產品．
（6）取少量MnSO₄•H₂O溶于水，配成溶液，測其pH發(fā)現(xiàn)該溶液顯酸性，原因是Mn²⁺+2H₂O?Mn（OH）₂+2H⁺（用離子方程式表示），該溶液中所有離子的濃度由大到小的順序為c（SO₄^2-）＞c（Mn²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 由流程可知，軟錳礦的主要成分為MnO₂，還含有Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、CaO等雜質，加硫酸溶解后，發(fā)生SO₂+MnO₂═MnSO₄，調節(jié)pH，由氫氧化物的沉淀pH可知，鐵離子、鋁離子轉化為沉淀，則濾渣I為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后除去鈣離子，結合表格數(shù)據可知CaF₂的溶度積較小，且不引入新雜質加MnF₂，最后蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾（防止低溫MnSO₄•H₂O溶解而減少），以此來解答．

解答 解：由流程可知，軟錳礦的主要成分為MnO₂，還含有Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、CaO等雜質，加硫酸溶解后，發(fā)生SO₂+MnO₂═MnSO₄，調節(jié)pH，由氫氧化物的沉淀pH可知，鐵離子、鋁離子轉化為沉淀，則濾渣I為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后除去鈣離子，結合表格數(shù)據可知CaF₂的溶度積較小，且不引入新雜質加MnF₂，最后蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾（防止低溫MnSO₄•H₂O溶解而減少），
（1）根據FeSO₄在反應條件下將MnO₂還原為MnSO₄，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，故“浸出”過程中MnO₂轉化為Mn²⁺的離子方程式為SO₂+MnO₂═Mn²⁺+SO₄^2-，故答案為：SO₂+MnO₂═Mn²⁺+SO₄^2-；
（2）加入過氧化氫是亞鐵離子氧化成鐵離子，故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（3）調節(jié)pH至5～6，由氫氧化物的沉淀pH可知，鐵離子、鋁離子轉化為沉淀，則濾渣I為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，除雜過程中不能引入新雜質，所以可加氧化鈣和氧化鎂調節(jié)溶液的PH，故答案為：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；a、b；
（4）氟化錳是難溶物，書寫離子方程式用化學式，反應方程式為：MnF₂+Mg²⁺═Mn²⁺+MgF₂；K=$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{c（M{n}^{2+}）×{c}^{2}（{F}^{-}）}{c（M{g}^{2+}）×{c}^{2}（{F}^{-}）}$=$\frac{5.3×1{0}^{-3}}{7.4×1{0}^{-11}}$=7.2×10⁷，故答案為：MnF₂+Mg²⁺═Mn²⁺+MgF₂；7.2×10⁷；
（5）溫度高于27℃時，MnSO₄晶體的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低，所以采用趁熱過濾，減少MnSO₄•H₂O在水中的溶解，故答案為：因為減少MnSO₄•H₂O在水中的溶解，得到更所得產品；
（6）MnSO₄是強酸弱堿鹽，水解呈酸性，方程式為：Mn²⁺+2H₂O?Mn（OH）₂+2H⁺；離子濃度大小為：不水解離子＞水解的離子＞顯性的離子＞隱性的離子，所以離子濃度大小為：c（SO₄^2-）＞c（Mn²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故答案為：Mn²⁺+2H₂O?Mn（OH）₂+2H⁺；c（SO₄^2-）＞c（Mn²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

點評 本題考查混合物分離提純的綜合應用，為高頻考點，把握流程分析及混合物分離方法、發(fā)生的反應為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的考查，題目難度中等．