Question

减少SO₂的排放、回收利用SO₂成为世界性的研究课题．我国研究人员研制的利用低品位软锰矿浆（主要成分是MnO₂）吸收废渣高温焙烧产生的SO₂，制备硫酸锰的生产流程如下：

浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn²⁺，还含有少量的Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺等其他金属离子．
有关金属离子的半径以及形成氢氧化物沉淀时的pH见下表，阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图．

离子	离子半径（pm）	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe^2+	74	7.6	9.7
Fe^3+	64	2.7	3.7
Al^3+	50	3.8	4.7
Mn^2+	80	8.3	9.8
Pb^2+	121	8.0	8.8
Ca^2+	99	-	-

已知PbO₂的氧化性大于MnO₂．请回答下列问题：
（1）写出浸出过程中主要反应的化学方程式______，氧化过程中主要反应的离子方程式______．
（2）在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至______．
（3）阳离子吸附剂用于除去杂质金属离子．决定阳离子吸附剂吸附效果的因素是______（填写序号）．
a．溶液的pH       b．金属离子的电荷       c．金属离子的半径       d．吸附时间
（4）操作a包括______等过程．

Answer

（1）从流程图看，浸出过程是软锰矿浆（MnO2）与SO2的反应．杂质离子中只有Fe2+具有还原性，可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+；
（2）从吸附率的图可以看出，Ca2+、Pb2+的吸附率较高，故只要调节pH值在4.7～8.3间，大于4.7可以将Fe3+和Al3+除去，小于8.3是防止Mn2+也沉淀；
（3）结合半径，分析右图知，图中离子从上至下，半径有减小趋势，对应的吸附率减小．随着时间的递增，所有离子的吸附率均增大；另Fe3+和Al3+离子所带电荷数大，其吸附率低；
（4）由于制取的MnSO4•H2O含有结晶水，故采用蒸发浓缩结晶的方法．
【解析】
（1）低品位软锰矿浆的主要成分是MnO2，通入SO2浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn2+，则MnO2与SO2发生氧化还原反应，反应的化学方程式为SO2+MnO2=MnSO4，杂质离子中只有Fe2+具有还原性，可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+，反应的离子方程式为2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O，
故答案为：SO2+MnO2=MnSO4；2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O；
（2）杂质中含有Fe2+、Al3+、Ca2+、Pb2+四种阳离子，由沉淀的pH范围知，Fe2+的沉淀与Mn2+离子的沉淀所需的pH接近，而Fe3+则相差很远，故可以将Fe2+氧化成Fe3+而除杂．从吸附率的图可以看出，Ca2+、Pb2+的吸附率较高，故只要调节pH值在4.7～8.3间，大于4.7可以将Fe3+和Al3+除去，小于8.3是防止Mn2+也沉淀，
故答案为：4.7～8.3；
（3）图中离子从上至下，半径有减小趋势，对应的吸附率减小．随着时间的递增，所有离子的吸附率均增大；另Fe3+和Al3+离子所带电荷数大，其吸附率低，
故答案为：b、c、d；
（4）从溶液中获得溶质，应采用蒸发、浓缩、结晶的方法，故答案为：蒸发、浓缩、结晶．