Question

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

 

．
（2）寫出氧化過程中主要反應的離子方程式：

 

．
（3）在氧化后的液體中加入石灰漿，并調(diào)節(jié)溶液pH，pH應調(diào)節(jié)的范圍是

 

．
（4）濾渣的主要成分有

 

．
（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l0.00mL浸出液用0.02mol/L酸性KMnO₄溶液滴定，判斷滴定終點的方法是

 

；若達滴定終點共消耗l0.00mL酸性KMnO₄溶液，請計算浸出液中Fe²⁺濃度是

 

．
（6）操作a的具體過程

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉化的本質(zhì),二氧化硫的化學性質(zhì)

專題：實驗題

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(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，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）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(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，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）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）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(nèi)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(zhì)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⁺）=

10-3mol

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(nèi)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．