工业上以软锰矿为原料，利用烧结烟气中的SO2制备MnSO4·H2O的流程如下：某软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al

题文

工业上以软锰矿为原料，利用烧结烟气中的SO₂制备MnSO₄·H₂O的流程如下：



某软锰矿的主要成分为MnO₂，还含有Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu（0.86%）等元素的化合物。酸浸过程发生反应：Me_mO_n+H⁺→Me^（2n/m）++H₂O，Me表示Fe、 Al、 Zn、 Cu等。25℃时部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表：        
沉淀物
Al(OH)₃
Fe(OH)₃
Fe(OH)₂
Mn(OH)₂
Cu(OH)₂
Zn(OH)₂
CuS
ZnS
MnS
FeS
pH
5.2
3.2
9.7
10.4
6.7
8.0
≥-0.42
≥2.5
≥7
≥7
 
回答下列问题：
（1）酸浸时SO₂将MnO₂还原为MnSO₄，其离子方程式为                    。
酸浸时SO₂的吸收率与pH和温度的关系如下图，为提高SO₂的吸收率，酸浸适宜的条件是                 。


    

           
图1： SO₂的吸收率与 pH值的关系      图2： SO₂的吸收率与温度的关系
（2）滤渣B的主要成分是                    。
（3）加入MnS的目的是                   。
（4）操作IV的步骤为 、 、过滤、洗涤、干燥。
（5）MnO₂的生产方法之一是以石墨为电极，在不断搅拌情况下，电解酸化的MnSO₄溶液，阳极的电极反应式为：                 。
（6）已知金属离子浓度小于1.0×10^－5mol/L时认为已经完全沉淀，根据表格数据，计算25℃时Zn(OH)₂溶度积K_sp为            （不需计算过程，计算结果保留两位有效数字）。

题型：未知 难度：其他题型

答案

（17分）
（1） MnO₂ +SO₂= Mn²⁺+SO₄^2－（3分）   pH为3左右、温度为40℃左右（2分）
（2）Fe(OH)₃、Al(OH)₃  （2分） 
（3）除去Cu²⁺、Zn²⁺  （2分）
（4）蒸发浓缩    冷却结晶 （2分）
（5）Mn²⁺－2e^－+2H₂O = MnO₂+ 4H⁺ （3分）
（6）1.0×10^－17 （3分）

解析

（1）依题意，二氧化硫是还原剂，二氧化锰是氧化剂，硫酸根离子是氧化产物，锰离子是还原产物，根据元素化合价升降的最小公倍数、电荷和原子个数守恒法配平可得：MnO₂ +SO₂= Mn²⁺+SO₄^2－；读图可知，其它变量保持不变时，酸浸溶液pH为3左右时，二氧化硫的吸收率最大；其它变量保持不变时，酸浸溶液温度为40℃左右时，二氧化硫的吸收率最大；为了提高二氧化硫的吸收率，酸浸适宜的条件是pH为3左右、温度为40℃左右；（2）酸浸时，二氧化锰被二氧化硫氧化，所得硫酸锰溶于水，而铁的氧化物、铝的氧化物、锌的氧化物、铜的氧化物均溶于硫酸，只有硅的氧化物不溶于硫酸和水，则滤渣A的主要成分是二氧化硅；操作I是过滤，所得滤液主要含有Mn²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、SO₄^2－、H⁺，酸性条件下通入氧气的目的是除去Fe²⁺，使亚铁离子完全氧化为铁离子且消耗溶液中的氢离子，发生的反应为4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，通入氨水中和过量的酸，NH₃•H₂O+H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄，使溶液的pH增大；读表中金属阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时的pH可得，若调pH至5.4，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，生成Fe(OH)₃、Al(OH)₃，则滤渣B的主要成分是Fe(OH)₃、Al(OH)₃，操作II是过滤，所得滤液的pH约为5.4，主要含有Mn²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、SO₄^2－、NH₄⁺、H⁺；（3）读表格中金属阳离子以硫化物形式完全沉淀时的pH可得，向pH约为5.4的滤液中加入MnS，加热煮沸时，可以除去Cu²⁺、Zn²⁺，且引入Mn²⁺，既除去杂质又不引入新的杂质；（4）操作III是过滤，滤渣C的主要成分是CuS、ZnS；所得滤液的pH约为5.4，主要含有Mn²⁺、SO₄^2－、NH₄⁺、H⁺，从该溶液中分离出MnSO₄•H₂O的方法是结晶，主要步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；（5）阳极发生氧化反应，反应物中所含元素的化合价升高，由此推断阳极的主要反应物是Mn²⁺，主要产物是MnO₂，根据化合价升高总数等于失去电子数，根据酸性溶液中用氢离子和水使左右电荷、原子守恒，可以书写并配平该阳极反应式：Mn²⁺－2e^－+2H₂O = MnO₂+ 4H⁺；（6）氢氧化锌是难溶电解质，存在如下平衡： Zn(OH)₂(s)

Zn²⁺+2OH^－，由于表中氢氧化锌完全沉淀时溶液pH=8.0，25℃时K_w=1.0×10^－14，则该溶液中c(H⁺)=1.0×10^－8mol/L，c(OH^－)=K_w/ c(H⁺)=10^－6mol/L，由于此时溶液c(Zn²⁺)=1.0×10^－5mol/L，则K_sp[Zn(OH)₂(s)]= c(Zn²⁺)• c²(OH^－)= 1.0×10^－17，注意保留两位有效数字。

考点

据考高分专家说，试题“工业上以软锰矿为原料，利用烧结烟气中的S.....”主要考查你对 [离子共存 ]考点的理解。

离子共存

离子共存：

所谓离子共存实质上就是看离子间是否发生反应。若离子在溶液中发生反应，就不能共存。

因能发生氧化还原反应而不共存的离子有：
（注：“√”表示能发生反应，“×”表示不能发生反应）

S^2-

SO₃^2-

I^-

Fe²⁺

Br^-

Cl^-(H⁺)

MnO₄^-

√

√

√

√

√

√

ClO^-

√

√

√

√

√

√

NO₃^-(H⁺)

√

√

√

√

√

×

Fe³⁺

√

√

√

×

×

×

因能发生复分解反应而不共存的离子有：

• 离子间相互结合生成难溶物或微溶物
  Ba²⁺、Ca²⁺CO₃^2-、SO₃^2-、SO₄^2-Ag⁺CO₃^2-、SO₃^2-、Cl^-
• 离子间相互结合生成气体或挥发性物质
  H⁺CO₃^2-、HCO₃^-、SO₃^2-、HSO₃^-、S^2-、HS^-OH^-NH₄⁺
• 离子间相互结合生成弱电解质
  H⁺ CO₃^2-、SO₃^2-、S^2-、CH₃COO^-、F^-弱酸OH^-NH₄⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺弱碱H⁺水

因能发生双水解的离子有：

Al³⁺CO₃^2-、HCO₃^-、SO₃^2-、HSO₃^-、S₂^-、HS^-、AlO₂^-、ClO^-Fe³⁺CO₃^2-、HCO₃^-、AlO₂^-、ClO^-NH₄⁺SiO₃^2-、AlO₂^-

因发生络合反应而不共存的离子有：

Fe³⁺ SCN^-Ag⁺、Cu²⁺NH₃·H₂O

null

null

null

判断离子是否共存的几种情况：

（1）发生复分解反应，离子不能大量共存。
①有气体产生    如CO₃^2-、SO₃^2-、S^2-、HCO₃^-、HSO₃^-、HS^-等易挥发的弱酸的酸根与H⁺不能大量共存。
②有沉淀生成    如Ba²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ag⁺等不能与SO₄^2-、CO₃^2-等大量共存；
                            Mg²⁺、Fe²⁺、Ag⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺等不能与OH^-大量共存；
                            Pb²⁺与Cl^-，Fe²⁺与S^2-、Ca²⁺与PO₄^3-、Ag⁺与I^-不能大量共存。
③有弱电解质生成   如OH^-、CH₃COO^-、PO₄^3-、HPO₄^2-、H₂PO₄^-、F^-、ClO^-、AlO₂^-、SiO₃^2-、CN^-、C₁₇H₃₅COO^-与H⁺不能大量共存；
                                   一些酸式弱酸根如HCO₃^-、HPO₄^2-、HS^-、H₂PO₄^-、HSO₃^-不能与OH^-大量共存；
                                    NH₄⁺与OH^-不能大量共存。
（2）发生氧化还原反应，离子不能大量共存
①具有较强还原性的离子不能与具有较强氧化性的离子大量共存    如S^2-、HS^-、SO₃^2-、I^-和Fe³⁺不能大量共存。
②在酸性或碱性的介质中由于发生氧化还原反应而不能大量共存    如MnO₄^-、Cr₂O₇^-、NO₃^-、ClO^-与S^2-、HS^-、SO₃^2-、HSO₃^-、I^-、Fe²⁺等不能大量共存；
    SO₃^2-和S^2-在碱性条件下可以共存，但在酸性条件下由于发生2S^2-+SO₃^2-+6H⁺=3S↓+3H₂O不能共存 ；H⁺与S₂O₃^2-不能大量共存。
（3）能水解的阳离子跟能水解的阴离子在水溶液中不能大量共存（双水解）
例：Al³⁺和HCO₃^-、CO₃^2-、HS^-、S^2-、AlO₂^-、ClO^-等；Fe³⁺与CO₃^2-、HCO₃^-、AlO₂^-、ClO^-等不能大量共存。
（4）溶液中能发生络合反应的离子不能大量共存。
如Fe²⁺、Fe³⁺与SCN^-不能大量共存。
主要题目要求的限定：
（1）酸性溶液（H⁺）、碱性溶液（OH^-）、能在加入铝粉后放出可燃气体的溶液、由水电离出的H⁺或OH^-=1×10^-10mol/L的溶液等。
（2）溶液的颜色：有色离子MnO₄^-（紫色）、Fe³⁺（棕黄）、Fe²⁺（浅绿）、Cu²⁺（蓝）、Fe(SCN)₂⁺（红）、Fe(SCN)₆^3-（血红）。
（3）要求“大量共存”还是“不能大量共存”。