Question

15．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，并制備硫酸錳晶體的生產(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．有關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀時的pH見表：

離子	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
Fe2+	7.6	9.7
Fe3+	2.7	3.7
Al3+	3.8	4.7
Mn2+	8.3	9.8

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）寫出氧化過程中主要反應(yīng)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，并調(diào)節(jié)溶液pH，pH應(yīng)調(diào)節(jié)的范圍是4.7≤pH＜8.3．
（4）濾渣的主要成分有硫酸鈣、氫氧化鐵、氫氧化鋁．
（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(zhǔn)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(dāng)?shù)稳胱詈笠坏嗡嵝訩MnO₄溶液，溶液變紫紅色，且半分鐘內(nèi)不褪色．若達(dá)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．

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(yīng)，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(zhì)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(yuǎn)，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．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，由于制取的MnSO₄•H₂O含有結(jié)晶水，故操作a采用蒸發(fā)濃縮結(jié)晶的方法，得到MnSO₄•H₂O．
（1）加熱固體，應(yīng)在坩堝中進(jìn)行；
（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⁺；
（3）從表可以看出，只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間，大于4.7可以將Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀；
（4）Fe³⁺、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；
（5）高錳酸鉀有顏色，滴定終點時溶液變?yōu)樽霞t色，結(jié)合電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目計算；

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(yīng)，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(zhì)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(yuǎn)，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．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，由于制取的MnSO₄•H₂O含有結(jié)晶水，故操作a采用蒸發(fā)濃縮結(jié)晶的方法，得到MnSO₄•H₂O．
（1）加熱固體，應(yīng)在坩堝中進(jìn)行，故答案為：坩堝；
（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(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
（3）雜質(zhì)中含有Fe³⁺、Al³⁺陽離子，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，
故答案為：4.7≤pH＜8.3；
（4）Fe³⁺、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，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；
（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(dāng)?shù)稳胱詈笠坏嗡嵝訩MnO₄溶液，溶液變紫紅色，且半分鐘內(nèi)不褪色，若達(dá)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(zhì)的量為2×10^-4mol×（7-2）=10^-3mol，反應(yīng)中Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，則
n（Fe²⁺）=10^-3mol，c（Fe²⁺）=$\frac{1{0}^{-3}mol}{0.01L}$=0.1 mol/L，
故答案為：當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏嗡嵝訩MnO₄溶液，溶液變紫紅色，且半分鐘內(nèi)不褪色；0.1 mol/L．

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(xué)生的分析能力、實驗?zāi)芰�和計算能力，為高頻考點，涉及考查化學(xué)反應(yīng)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．