Question

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，制備硫酸錳的生產流程如下：

已知：浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn^2＋，還含有少量的Fe^2＋、Al^3＋、Ca^2＋、Pb^2＋等其他金屬離子。PbO₂的氧化性大于MnO₂。PbSO₄是一種微溶物質。有關金屬離子的半徑、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下圖。

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                            。
（2）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，用于調節(jié)pH值，此處調節(jié)pH值用到的儀器是       ，應調節(jié)pH的范圍為                     。
（4）陽離子吸附劑可用于除去雜質金屬離子。請依據圖、表信息回答，決定陽離子吸附劑吸附效果的因素有                 、                 等；吸附步驟除去的主要離子為：               。
（5）CaSO₄是一種微溶物質，已知Ksp(CaSO₄)=9.10×10^—6�，F(xiàn)將c mol·L^—1CaCl₂溶液與2.00×10^—2 mol·L^—1Na₂SO₄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　　　　。

Answer 1

（1）SO₂＋MnO₂＝MnSO₄ （2）2Fe^2＋＋MnO₂＋4H^＋＝2Fe^3＋＋Mn^2＋＋2H₂O；
（3）pH計， 4.7 ≤pH<8.3   （4）吸附時間、金屬離子的半徑 、金屬離子的電荷；Pb^2＋、Ca^2＋
（5）1.82×10 ^{- 3}

解析試題分析：（1）根據題意在浸出過程中生成Mn²⁺反應的化學方程式為SO₂＋MnO₂＝MnSO₄；（2）將Fe²⁺氧化為Fe³⁺過程中主要反應的離子方程式為2Fe^2＋＋MnO₂＋4H^＋＝2Fe^3＋＋Mn^2＋＋2H₂O。（3）在氧化后的液體中加入石灰漿，用于調節(jié)pH值，此處調節(jié)pH值用到的儀器是pH計。使Fe^3＋沉淀完全的pH為3.7，而Mn^2＋開始形成沉淀的pH為8.3。因此應調節(jié)pH的范圍為4.7 ≤pH<8.3。（4）根據題目提供的表格數(shù)據可知決定陽離子吸附劑吸附效果的因素有吸附時間、金屬離子的半徑 、金屬離子的電荷；吸附步驟除去的主要離子為Pb^2＋、Ca^2＋。（5）CaSO₄是一種微溶物質，已知Ksp(CaSO₄)=9.10×10^—6。現(xiàn)將c mol/LCaCl₂溶液與2.00×10^—2 mol/LNa₂SO₄溶液等體積混合,由于忽略體積的變化，所以混合后氯化鈣和硫酸鈉溶液的濃度都要減半；c(SO₄^2-)=1.00×10^—2 mol/L. c(Ca²⁺)=c/2mol/L.由于Ksp(CaSO₄)= 9.10×10^—6，c(SO₄^2-)·c(Ca²⁺)≥9.10×10^—6,則生成沉淀時c(Ca²⁺)≥（9.10×10^—6÷1.00×10^—2 mol/L）×2=1.82×10^－3mol/L。因此c的最小值是1.82×10^－3mol/L.
考點：考查化學反應原理、影響離子吸收的因素及沉淀溶解平衡和溶度積的計算的知識。