Question

【題目】海洋深處有豐富的軟錳礦，以此為主要原料生產MnSO4的工業流程如下：

已知：①軟錳礦的主要成分是MnO2，此外還含有Fe2O3、Al2O3、CuO、NiO、SiO2等少量雜質。

②幾種離子沉淀時數據信息如下：

(1)寫出酸浸過程中SO2與MnO2反應的離子方程式___________。

(2)為了探究MnO2與SO2反應情況，某研究小組將含有SO2尾氣和一定比例的空氣通入MnO2懸濁液中，保持溫度不變的情況下，測得溶液中c(Mn2+)和c(SO42－)隨反應時間的變化如圖所示。導致溶液中c(Mn2+)和c(SO42－)的變化產生明顯差異的原因是___________。

(3)操作I是“除鐵鋁”，其主要步驟為向濾液I中加入軟錳礦，調節p=5.2~6.0左右，使其Fe3+、Al3+沉淀完全，再加入活性炭攪拌、抽濾。寫出濾液I中生成Fe2+相關的離子方程式___________、___________。

(4)操作Ⅱ是“除銅鎳”，其主要步驟為：向濾液Ⅱ中加入MnS(難溶物)，充分攪拌，過濾。加入MnS能除去濾液Ⅱ中Cu2+和Ni2+的原因是___________。

(5)以MnSO4溶液為原料可通過電解法制備超級電容器材料MnO2，其裝置如圖所示：

則電解過程中陽極電極反應式為___________，電解一段時間后，陰極溶液中H+的物質的量___________(填“變大”、“減小”或“不變”)。實際生產過程中___________(填“能”或“不能”)用MnCl2溶液代替MnSO4溶液。

Answer 1

【答案】MnO2+S02=Mn2++SO42- Mn2+催化O2與H20、SO2反應,生成H2SO4 Fe2O3+6H+=2Fe2++3H2O SO2+2Fe3++2H20=SO42-+2Fe2++4H+ CuS和NiS的溶度積常數小于MnS,易于發生不溶物的轉化 Mn2++2H20-2e-=MnO2+4H+ 不變 不能

【解析】

(1)酸浸過程中SO2具有還原性，MnO2具有氧化性，所以兩者反應生成硫酸錳，反應的離子方程式為：MnO2+S02=Mn2++SO42-；答案：MnO2+S02=Mn2++SO42-。

(2) 若反應體系只發生MnO2+SO2=MnSO4,Mn2+與SO42-的濃度變化應該一致,而圖示信息表明，SO42-的濃度變化比Mn2+的濃度變化要快，說明反應體系還發生了其它生成SO42-的反應,由于溫度不變, SO42-的濃度變化說明Mn2+能催化O2與H20、SO2生成H4SO4反應。答案：Mn2+催化了O2與H20、SO2反應,生成H2SO4的反應。

(3)濾液I首先發生的是三氧化二鐵被硫酸溶解反應：Fe2O3+6H+=2Fe2++3H2O，生成的三價鐵離子具有氧化性，二氧化硫具有還原性，所以又會繼續反應：SO2+2Fe3++2H20=SO42-+2Fe2++4H+。答案：Fe2O3+6H+=2Fe2++3H2O；SO2+2Fe3++2H20=SO42-+2Fe2++4H+。

(4)因為CuS和NiS的溶度積常數小于MnS,所以向濾液Ⅱ中加入MnS后，會轉化成更難溶解的CuS和NiS沉淀，進而除去銅鎳。答案：CuS和NiS的溶度積常數小于MnS,易于發生不溶物的轉化。
(5)由圖可知陽極上Mn2+失電子化合價升高，生成二氧化錳,因此電極反應式為Mn2++2H20-2e-=MnO2+4H+;陰極上2H++2e-=H2,若電解過程中外電路轉移amole-,則陰極消耗amolH+,同時有amnolH+由陽極移向陰極，故陰極溶液中H+的物質的量不會改變;不能用MnCl2溶液代替MnSO4溶液，因為Cl-會放電導致MnO2的產率降低。答案：不變；不能。