Question

減少SO₂的排放、回收利用SO₂成為世界性的研究課題。我國研究人員研制的利用低品位軟錳礦漿(主要成分是MnO₂)吸收廢渣高溫焙燒產生的SO₂，制備硫酸錳的生產流程如下：

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。
有關金屬離子的半徑以及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	－	－

 
已知PbO₂的氧化性大于MnO₂。請回答下列問題：
⑴ 寫出浸出過程中主要反應的化學方程式   ，氧化過程中主要反應的離子方程式   。
⑵ 在氧化后的液體中加入石灰漿，用于調節pH，pH應調節至   。
⑶ 陽離子吸附劑用于除去雜質金屬離子。決定陽離子吸附劑吸附效果的因素是   （填寫序號）。
a．溶液的pH      b．金屬離子的電荷      c．金屬離子的半徑      d．吸附時間
⑷ 操作a包括   等過程。

Answer 1

⑴ SO₂＋MnO₂＝MnSO₄  2Fe^2＋＋MnO₂＋4H^＋＝2Fe^3＋＋Mn^2＋＋2H₂O
⑵ 4.7～8.3
⑶ b c d
⑷ 蒸發濃縮結晶

本題以制備硫酸錳的生產流程為知識載體，考查化學反應的書寫，及除雜中的問題。（1）從流程圖看，浸出過程是軟錳礦漿（MnO₂）與SO₂的反應。雜質離子中只有Fe^2＋具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe^3＋。（2）雜質中含有Fe^2＋、Al^3＋、Ca^2＋、Pb^2＋四種陽離子，由沉淀的pH范圍知，Fe^2＋的沉淀與Mn^2＋離子的沉淀所需的pH接近，而Fe^3＋則相差很遠，故可以將Fe^2＋氧化成Fe^3＋而除雜。從吸附率的圖可以看出，Ca^2＋、Pb^2＋的吸附率較高，故只要調節pH值在4.7～8.3間，大于4.7可以將Fe^3＋和Al^3＋除去，小于8.3是防止Mn^2＋也沉淀。（3）結合半徑，分析右圖知，圖中離子從上至下，半徑有減小趨勢，對應的吸附率減小。隨著時間的遞增，所有離子的吸附率均增大；另Fe^3＋和Al^3＋離子所帶電荷數大，其吸附率低。（4）由于制取的MnSO₄·H₂O含有結晶水，故采用蒸發濃縮結晶的方法。