Question

【題目】工業上用含錳廢料(主要成分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的流程如下：

已知：25℃時，部分氫氧化物的溶度積常數(Ksp)如下表所示。

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

請回答：

(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，理由是_________。(NH4)2S的電子式為________________；“凈化”時，加入(NH4)2S的作用為___________________。

(3)“酸化、還原”中，發生的所有氧化還原反應的離子方程式為__________________。

(4)已知：濾液3中除MnSO4外，還含有少量(NH4)2SO4。(NH4)2SO4、MnSO4的溶解度曲線如下圖所示。

據此判斷，操作“I”應為蒸發濃縮、____________、洗滌、干燥。

(5)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________________。

(6)25.35 g MnSO4·H2O樣品受熱分解過程的熱重曲線(樣品質量隨溫度變化的曲線)如下圖所示。

①300℃時，所得固體的化學式為______________________。

②1150℃時，反應的化學方程式為___________________。

Answer 1

【答案】 CaSO4 pH=5時，c(OH-)=10-9mol/L，c(Fe3+)===4.0×10-11mol/L，同理，c(Al3+)=1.3×10-6mol/L，皆小于1.0×10-5mol/L，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+ MnSO4 3MnO2 Mn3O4＋O2↑

【解析】含錳廢料(主要成分MnO2，含有少量Fe2O3、Al2O3、CuO、CaO等)與含有二氧化硫煙氣、稀硫酸溶解，發生SO2+MnO2═Mn2++SO42-，Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O，Al2O3+6H+=2Al3++3H2O，CuO+2H+=Cu2++H2O，CaO+2H++SO42-=CaSO4↓+H2O，沉淀1為CaSO4，濾液1 金屬陽離子為Mn2+、Fe2+、Al3+、Cu2+，加入雙氧水氧化Fe2+為Fe3+，調節pH為5沉淀Fe3+、Al3+，沉淀2為Al(OH)3和Fe(OH)3，濾液2金屬陽離子為Mn2+、Cu2+，加入(NH4)2S沉淀Cu2+，濾液3中除MnSO4外，還含有少量(NH4)2SO4，將濾液3蒸發濃縮、趁熱過濾、洗滌、干燥制備MnSO4。

(1)含錳廢料與稀硫酸反應：CaO+2H++SO42-=CaSO4↓+H2O，沉淀1為CaSO4，故答案為：CaSO4；

(2) pH=5時，c(OH-)=10-9 mol/L，c(Fe3+)===4.0×10-11 mol/L，同理，c(Al3+)=1.3×10-6 mol/L，皆小于1.0×10-5 mol/L，故Al3+、Fe3+已沉淀完全；(NH4)2S為離子化合物，電子式為：，(NH4)2S的作用沉淀Cu2+使Cu2+轉化為CuS沉淀，故答案為：pH=5時，c(OH-)=10-9 mol/L，c(Fe3+)===4.0×10-11 mol/L，同理，c(Al3+)=1.3×10-6 mol/L，皆小于1.0×10-5 mol/L，故Al3+、Fe3+已沉淀完全；；使Cu2+轉化為CuS沉淀；

(3)“酸化、還原”中，發生的所有氧化還原反應的離子方程式為：SO2+MnO2═Mn2++SO42-，Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O；故答案為：SO2+MnO2═Mn2++SO42-，Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O；

(4)由圖可知(NH4)2SO4的溶解度隨溫度的升高而增大，MnSO4的溶解度隨溫度的升高減小，故將濾液3蒸發濃縮、趁熱過濾、洗滌、干燥制備MnSO4；故答案為：趁熱過濾；

(5)用電解酸性MnSO4溶液的方法制備MnO2，陽極發生氧化反應，反應式為：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；故答案為：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；

(6)①25.35gMnSO4H2O樣品n(錳)=n(MnSO4H2O)=0.15mol，其中n(H2O)=0.15mol，m(H2O)=2.7g，300℃時，所得固體質量為22.65g，減少的質量為2.7g，則說明該段失去結晶水，此時固體為：MnSO4，故答案為：MnSO4；

②300℃時，固體為：MnSO4，受熱分解生成錳的氧化物和硫的氧化物0.15mol，850℃時，固體質量由22.65g減少到為13.05g，減少的質量為9.6g，則硫的氧化物的相對質量為64，故為二氧化硫，則此時的固體為MnO2，1150℃時固體為二氧化錳分解所得，錳元素質量守恒，則m(錳)=n(錳)×55=8.25g，則氧化物中m(O)=11.45g-8.25g=3.2g，n(O)=0.2mol，故n(Mn)：n(O)=0.15：0.2=3：4，則該氧化物為：Mn3O4，故反應為：3MnO2Mn3O4+O2↑，故答案為：3MnO2Mn3O4+O2↑。