Question

（18分）软锰矿的主要成分为MnO₂，还含有Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、CaO、SiO₂等杂质，工业上用软锰矿制取MnSO₄·H₂O的流程如下：

已知①部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表

②温度高于27℃时，MnSO₄晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。

（1）“浸出”过程中MnO₂转化为Mn²⁺的离子方程式为           。

（2）第1步除杂中加入H₂O₂的目的是           。

（3）第1步除杂中形成滤渣l的主要成分为         （填化学式），调pH至5-6所加的试剂，可选择（填以下试剂的序号字母）； 

a．CaO   b．MgO    c．Al₂O₃    d．氨水

（4）第2步除杂主要是将Ca²⁺、Mg²⁺转化为相应氟化物沉淀除去，写出MnF₂除去Mg²⁺的离子反应方程式          ，该反应的平衡常数数值为        。

（已知：MnF₂的K_sp(MnF₂)= 5.3×10^-3；CaF₂的K_sp(CaF₂)= 1.5×10^-10；MgF₂的K_sp(MgF₂)=7.4×10^-11）

（5）采用“趁热过滤”操作的原因是               。

（6）取少量MnSO₄·H₂O溶于水，配成溶液，测其pH发现该溶液显酸性，原因是      （用离子方程式表示），该溶液中所有离子的浓度由大到小的顺序为       。

Answer

(18分) （1）MnO2 + SO2 = SO42- + Mn2+（2分） （2）将Fe2+氧化为Fe3+（2分），

（3）Al(OH)3 、Fe(OH)3（2分）；a、b（2分）

（4）MnF2 + Mg2+ Mn2+ + MgF2 （2分）； 7.2×107 或 53×108/74（2分）

（5）减少MnSO4·H2O在水中的溶解，得到更多的产品（2分）

（6）Mn2+ + H2O Mn(OH)2 + 2H+ （2分）；[SO42-]>[Mn2+]> [H+]> [OH-]（2分）

【解析】

试题分析：分析题给流程和信息知软锰矿加入H2SO4、SO2浸出过程中发生的反应为MnO2+SO2 = SO42-+Mn2+、CaO + 2H+ ==Ca2+ + H2O 、MgO + 2H+ ==Mg2+ + H2O、Al2O3 + 6H+==2Al3+ + 3H2O、Fe2O3 + 6H+ ==2Fe3+ + 3H2O 、2Fe3+ + SO2 + 2H2O ==2Fe2+ + SO42- + 4H+，浸出渣为SiO2等不溶性杂质，浸出液为硫酸镁、硫酸钙、硫酸锰、硫酸亚铁和硫酸铝的混合液，加H2O2将将Fe2+氧化为Fe3+，再调pH至5—6，根据表中信息知溶液中的Al3+ 和Fe3+转化为Al(OH)3 和Fe(OH)3沉淀，滤渣1为Al(OH)3 和Fe(OH)3，滤液为硫酸钙、硫酸镁和硫酸锰的混合液，加入MnF2进行第二步除杂，除去Mg2＋、Ca2+，滤液为硫酸锰溶液经蒸发浓缩、趁热过滤得MnSO4·H2O。（1）“浸出”过程中MnO2转化为Mn2+的离子方程式为MnO2+SO2 = SO42-+Mn2+；（2）第1步除杂中加入H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+。

（3）第1步除杂中形成滤渣l的主要成分为Al(OH)3 、Fe(OH)3，除杂过程中不能引入新的杂质，故调pH至5-6所加的试剂可选择CaO和MgO ，选ab；（4）MnF2除去Mg2+的离子反应方程式MnF2 + Mg2+ Mn2+ + MgF2，该反应的平衡常数K=[Mn2＋]/[Mg2＋]=Ksp(MnF2)/ Ksp(MgF2)=5.3×10-3/7.4×10-11=7.2×107。（5）根据题给信息“温度高于27℃时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低”分析采用“趁热过滤”操作的原因是减少MnSO4·H2O在水中的溶解，得到更多的产品。（6）MnSO4为强酸弱碱盐，Mn2＋水解，溶液显酸性，原因是Mn2++H2OMn(OH)2 + 2H+，该溶液中所有离子的浓度由大到小的顺序为[SO42-]>[Mn2+]> [H+]> [OH-]。

考点：以工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程为载体考查物质的分离、提纯，离子方程式的书写，化学平衡常数的计算及盐类的水解等知识；考查利用所学知识解决实际问题的能力。