Question

【題目】工業上用含錳廢料(主要成分為MnO2，含有少量Fe2O3、Al2O3、CuO、CaO等)與煙氣脫硫進行聯合處理并制備MnSO4的流程如圖所示：

已知：25℃時，部分氫氧化物的溶度積常數(Ksp)如表所示。

氫氧化物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Mn(OH)2
Ksp	1.3×10-33	4.0×10-38	2.2×10-20	1.9×10-14

回答下列問題：

(1)沉淀1的化學式為____。

(2)室溫下，調節pH為5。試通過計算說明此時Al3+、Fe3+已沉淀完全：____。

(3)(NH4)2S的電子式為____；“凈化”時，加入(NH4)2S的作用為____。

(4)“酸化、還原”中，發生的所有氧化還原反應的離子方程式為____。

(5)已知：濾液3中除MnSO4外，還含有少量(NH4)2SO4。(NH4)2SO4、MnSO4的溶解度曲線如圖所示。據此判斷，“操作Ⅰ”應為蒸發濃縮、____、洗滌、干燥。

(6)工業上可用電解酸性MnSO4溶液的方法制備MnO2，其陽極反應式為____。

Answer 1

【答案】CaSO4 室溫下，pH=5時，c(OH-)=10-9 mol·L-1，c(Fe3+)===4.0×10-11 mol·L-1，同理，c(Al3+)=1.3×10-6 mol·L-1，皆小于1.0×10-5 mol·L-1，故Al3+、Fe3+已沉淀完全 使Cu2+轉化為CuS沉淀 MnO2+SO2=Mn2++SO42-、Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O 趁熱過濾 Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+

【解析】

含錳廢料(主要成分為MnO2，含有少量Fe2O3、Al2O3、CuO、CaO等)中加入稀硫酸和含SO2的煙氣，能將酸化后所得錳還原為Mn2+，將Fe3+還原為Fe2+，同時將溶液中的Ca2+轉化為CaSO4沉淀，即成為沉淀1的主要成分；往濾液中加入H2O2，可將Fe2+氧化為Fe3+；調節pH=5，此時c(OH-)=10-9 mol·L-1，利用Ksp，判斷哪些陽離子轉化為沉淀，從而得出沉淀2的成分；濾液2中加入(NH4)2S，與Cu2+反應生成CuS沉淀；過濾后，將濾液蒸發結晶，便可獲得MnSO4晶體。

(1)由以上分析可知，沉淀1的化學式為CaSO4。答案為：CaSO4；

(2)室溫下，調節pH為5，先求出溶液中的c(OH-)，然后利用Ksp進行計算，若c(Al3+)、c(Fe3+)小于10-5mol/L，則表明沉淀完全。計算過程為：室溫下，pH=5時，c(OH-)=10-9 mol·L-1，c(Fe3+)===4.0×10-11 mol·L-1，同理，c(Al3+)=1.3×10-6 mol·L-1，皆小于1.0×10-5 mol·L-1，故Al3+、Fe3+已沉淀完全。答案為：室溫下，pH=5時，c(OH-)=10-9 mol·L-1，c(Fe3+)===4.0×10-11 mol·L-1，同理，c(Al3+)=1.3×10-6 mol·L-1，皆小于1.0×10-5 mol·L-1，故Al3+、Fe3+已沉淀完全；

(3)(NH4)2S為離子化合物，由NH4+和S2-構成，電子式為；“凈化”時，加入(NH4)2S的作用是使Cu2+轉化為CuS沉淀。答案為：；使Cu2+轉化為CuS沉淀；

(4)“酸化、還原”中，含SO2的煙氣，能將酸化后所得錳還原為Mn2+，將Fe3+還原為Fe2+，反應的離子方程式為MnO2+SO2=Mn2++SO42-、Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O。答案為：MnO2+SO2=Mn2++SO42-、Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O；

(5)從溶解度曲線看，蒸發后，MnSO4溶解度降低，會結晶析出，但若過濾過程中溫度降低，也會導致(NH4)2SO4結晶析出，所以應注意溫度的變化。據此判斷，“操作Ⅰ”應為蒸發濃縮、趁熱過濾、洗滌、干燥。答案為：趁熱過濾；

(6)電解酸性MnSO4溶液時，Mn2+失電子的產物與水反應生成MnO2和H+，其陽極反應式為Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。答案為：Mn2++2H2O-2e- =MnO2+4H+。