Question

【題目】煉油廠烷基化反應(yīng)產(chǎn)生的廢液中含硫酸91%、難揮發(fā)有機物7%。實驗室以軟錳礦(主要含MnO2，還含少量Fe、Al等元素)處理廢液并制取MnSO4·H2O晶體，其實驗流程如圖：

（1）研究溫度對“降解”過程中有機物去除率的影響，實驗在如圖1所示的裝置中進行。

①在不同溫度下反應(yīng)相同時間，發(fā)現(xiàn)溫度從60℃升高到95℃時，有機物去除率從29%增大到58%，其可能的原因是：MnO2的氧化能力隨溫度升高而增強；__。

②廢液因含有機物而呈現(xiàn)黑紅色。有機物降解速率慢，難以觀察氣泡產(chǎn)生速率。降解一段時間，判斷有機物濃度基本不變的依據(jù)是：三頸燒瓶內(nèi)__。燒杯中盛放的試劑可以是__。

（2）降解一段時間后，加入硫鐵礦(主要成分FeS2)將剩余MnO2還原，所得溶液中的主要離子有Fe3+、Mn2+、SO42-等，其離子方程式為__。

（3）濾液若用足量高純度MnO2再次氧化降解，改變條件，有機物去除率可達66%。反應(yīng)后過濾，所得濾渣經(jīng)洗滌后，在本實驗流程中可用于__。

（4）MnSO4·H2O的溶解度曲線如圖2所示。設(shè)計以過濾所得濾液為原料，進一步除去有機物等雜質(zhì)并制取MnSO4·H2O晶體的實驗方案：__，趁熱過濾，用熱的硫酸錳溶液洗滌，150℃烘干。[已知pH=5時Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全；MnSO4·H2O分解溫度為200℃。實驗中必須使用的試劑：石灰石粉末、活性炭]

Answer 1

【答案】溫度升高，反應(yīng)速率加快 液體顏色不再變淺 NaOH溶液或石灰乳 2FeS2+15MnO2+28H+=2Fe3++15Mn2++4SO42-+14H2O 投入到降解階段，作為氧化劑使用 在攪拌下向濾液中分批加入石灰石粉末，調(diào)節(jié)pH略大于5，過濾。向濾液中加入足量活性炭，充分吸附后過濾，將濾液在加壓條件下，控制在180℃左右結(jié)晶

【解析】

由流程圖可知，廢液中含硫酸91%、難揮發(fā)有機物7%，通過加入軟錳礦和水，將廢液中的有機物降解，加入硫鐵礦(主要成分FeS2)將剩余MnO2還原，濾液經(jīng)過處理，將其他雜質(zhì)離子除去，最終得到MnSO4H2O晶體。

（1）①升高溫度，反應(yīng)速率加快，在相同時間內(nèi)有機物反應(yīng)的更多，去除率增加；

②廢液因含有機物而呈現(xiàn)黑紅色，有機物越少，顏色越淺，故可通過顏色來判斷反應(yīng)情況；廢液中有濃度較高的硫酸，可以與有機物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，濃硫酸被還原成SO2，可用堿液來吸收，所以燒杯中可以加入NaOH溶液或石灰乳；

（2）MnO2為氧化劑，FeS2為還原劑，在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)。根據(jù)反應(yīng)后溶液中有Fe3+、Mn2+、SO42-，可推斷出反應(yīng)方程式為：2FeS2+15MnO2+28H+=2Fe3++15Mn2++4SO42-+14H2O；

（3）由于投入MnO2的是足量的，反應(yīng)后MnO2會有剩余，可以投入到降解階段，作為氧化劑使用；

（4）濾液中含有Fe3+、Al3+有機物等雜質(zhì)，先用石灰石調(diào)節(jié)溶液的pH至略大于5，使Fe3+、Al3+完全沉淀；有色的有機物雜質(zhì)可用活性炭進行吸附。根據(jù)圖2可知，溫度越高，MnSO4H2O溶解度越小，但是200℃時MnSO4H2O會分解，所以結(jié)晶溫度選擇圖中最高的180℃，常壓下，水無法達到180℃，故此處要加壓條件下結(jié)晶；