Question

為了回收利用鋼鐵生產過程中產生的SO₂，工業上采用軟錳礦（主要成分MnO₂）脫硫同時制取硫酸錳技術，其流程示意圖如下：

已知：浸出液的pH接近4，其中的金屬離子主要是Mn^2＋，還含有少量的Fe^2＋。完成下列填空。
（1）寫出浸出過程中主要反應的化學方程式：                                    。
（2）浸出過程的副反應之一是部分SO₂被氧化為硫酸，致使浸出液的pH下降，這將   （“有利”、“不利”）于軟錳礦漿繼續吸收SO₂。欲消除生成的硫酸，試劑A最好是        。
a．MnCO₃         b．MnO₂           c．CaO            d．CaCO₃
（3）操作I的目的是除去浸出液中的Fe^2＋，MnO₂在氧化Fe^2＋的同時還             ，使Fe^3＋沉淀。檢驗過濾后溶液中是否含有Fe³⁺的操作是                  。
（4）已知大于27℃時，MnSO₄·H₂O溶解度隨溫度上升而明顯下降，則操作II的過程為：           、            、洗滌、干燥。工業上為了充分利用錳元素，在流程中               可循環使用。
（5）通過煅燒MnSO₄·H₂O 可制得生產軟磁鐵氧體材料的Mn_xO₄，如圖是煅燒MnSO₄·H₂O時溫度與剩余固體質量變化曲線。該曲線中A段所表示物質的化學式為      ；Mn_xO₄中x＝           。

Answer 1

（1）MnO₂ + SO₂→ MnSO₄ (或SO₂+ H₂O → H₂SO₃  MnO₂ + H₂SO₃→ MnSO₄+ H₂O)（2分）
（2）不利（1分）；  a（1分）
（3）調節溶液pH，促進Fe³⁺水解生成Fe(OH)₃（1分）
取上層清液，滴加KSCN，若溶液不顯血紅色，則說明Fe³⁺已沉淀完全（1分）
（4）蒸發濃縮、趁熱過濾（2分）    操作II后剩余的母液（1分）
（5）MnSO₄（1分）   3（2分）

試題分析：（1）低品位軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液其中的金屬離子主要是Mn²⁺，則MnO₂與SO₂發生氧化還原反應，反應的化學方程式為MnO₂ + SO₂→ MnSO₄。
（2）溶液的pH下降，溶液的酸性增強，則不利于吸收SO₂。欲消除生成的硫酸，同時還不能引入新的雜質，則試劑A最好是碳酸錳，二氧化錳與硫酸不反應，cd會引入鈣離子，答案選a。
（3）由于在沉淀鐵離子的同時而不能減少錳離子，所以根據沉淀時的pH值可知，MnO₂在氧化Fe^2＋的  同時還調節溶液pH，促進Fe³⁺水解生成Fe(OH)₃。鐵離子能與KSCN溶液發生顯色反應，所以檢驗過濾后溶液中是否含有Fe³⁺的操作是取上層清液，滴加KSCN，若溶液不顯血紅色，則說明Fe³⁺已沉淀完全。
（4）由于大于27℃時，MnSO₄·H₂O溶解度隨溫度上升而明顯下降，因此操作II的過程為蒸發濃縮、趁熱過濾；由于操作II后剩余的母液中還含有錳離子，所以工業上為了充分利用錳元素，在流程中操作II后剩余的母液可循環使用。
（5）A曲線時固體減少的質量為101.4mg－90.60mg＝10.8mg，為原固體中結晶水的質量為×18＝10.8mg，所以A曲線對應的物質化學式為MnSO₄。Mn_xO₄的質量是45.80mg，則根據錳元素守恒可知＝×x，解得x＝3。