Question

【題目】用混有硫酸亞鐵和硫酸鎂等雜質的錳礦(含MnO2、MnCO3)生產硫酸錳，實驗室模擬生產過程如下：

已知金屬離子完全沉淀時的pH值如下：Fe3+：3.5；Fe2+：9.5；Mn2+：10.8；Mg2+：11.6。

（1）反應器中發生氧化還原反應的離子方程式是________。

（2）從經濟效益考慮，物料A可以是________。

（3）硫酸錳和硫酸鎂的溶解度曲線如右圖所示：

則操作Ⅰ包含的主要操作為________。

（4）MnSO4·H2O在1150℃條件下分解，產物是Mn2O4、含硫化合物、水，在該條件下硫酸錳晶體分解反應的化學方程式是________。

Answer 1

【答案】MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O MnCO3等 在60℃下蒸發結晶趁熱過濾(洗滌、低溫干燥) 3MnSO4·H2OMn3O4+SO2↑+2SO3↑+3H2O↑

【解析】

錳礦中含有FeSO4、MgSO4、MnO2、MnCO3等，酸浸時發生氧化還原反應MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe2+ +2H2O，所以酸浸后的溶液中含有Fe2+、Mn2+、Mg2+，在沉淀池中加入A調節溶液的pH至3.5，根據離子完全沉淀pH值知，加入的A能和氫離子反應而調節溶液的pH，生成的沉淀是Fe(OH)3，過濾后得到的濾渣是Fe(OH)3，濾液中含有Mn2+、Mg2+，將混合溶液蒸發濃縮、冷卻結晶得到MnSO4.H2O，然后干燥粉碎得到硫酸錳，據此解答本題。

（1）酸浸過程中，MnO2將Fe2+氧化成Fe3+，自身還原為Mn2+，反應過程中，Fe由＋2價變為＋3價，失去1個電子，Mn由＋4價變為＋2價，得到2個電子，根據得失電子守恒可得，MnO2和Mn2＋的系數為1，Fe2＋和Fe3＋的系數為2；根據電荷守恒可得反應物中含有H＋ ， 且系數為4；根據H原子個數守恒可得，生成物中有H2O，且其系數為2；因此可得該反應的離子方程式為：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；

（2）加入物料A的作用是調節pH，使溶液中的Fe3+完全沉淀，而所加試劑應不能引入新的雜質，因此試劑A應為MnCO3；

（3）由于操作Ⅰ后得到的固體為MnSO4·H2O，當溫度低于60℃時，MgSO4·7H2O的溶解度較大，MnSO4·H2O的溶解度較小；當溫度高于60℃時，MgSO4·7H2O的溶解度降低，易析出MgSO4·7H2O，因此操作Ⅰ的主要步驟為：在60℃下蒸發結晶趁熱過濾；

（4）由題干信息可知，該反應中反應物為MnSO4·H2O，生成物為Mn3O4、SO2、SO3和H2O，因此該反應的化學方程式為：3MnSO4·H2OMn3O4+SO2↑+2SO3↑+3H2O↑。