Question

高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由软锰矿浆（主要成分是MnO₂）吸收含硫废渣产生的废气制备，工艺如下图所示。

已知：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⁺等其他金属离子。请回答下列问题：

（l）高温焙烧前需将矿石研成粉末，其目的是____。

（2）“氧化”中添加适量的MnO₂的作用是____（用离子方程式表示）；写出“沉锰”的离子方程式____。

（3）下列各组试剂中，能准确测定尾气中SO₂含量的是____。（填编号）

a NaOH溶液、酚酞试液

b 稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液

c 碘水、淀粉溶液

d 氨水、酚酞试液

（4）滤渣的主要成分有____。

（5）若要从MnSO₄溶液中得到高纯硫酸锰必须进行的实验操作顺序是____（用字母填空）。

a 过滤洗涤    b 蒸发浓缩    c 冷却结晶    d 干燥

（6）已知：pH =7.1时Mn（OH）₂开始沉淀。室温下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺（使其浓度均小于1×10 ^-6mol/L），需调节溶液pH范围为____

Answer

增大反应物接触面积，加快反应速率并使其充分燃烧，提高原料利用率 将Fe2+氧化为Fe3+ Mn2++2HCO3−=MnCO3↓+CO2↑+H2O b、c 氢氧化铁、氢氧化铝 bcad 5.0＜pH＜7.1

【解析】

高温焙烧含硫废渣产生的SO2废气，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，浸出液还含有少量的Fe2+、Al3+等其他金属离子，Fe2+具有还原性，可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+，在氧化后的液体中加入石灰浆，调节pH值，Fe3+、Al3+阳离子通过调pH值，转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，过滤，滤渣主要有氢氧化铁、氢氧化铝，最后向滤液中加入碳酸氢铵的到碳酸锰沉淀，用稀硫酸溶解沉淀得到硫酸锰。

(l)高温焙烧前需将矿石研成粉末，可增大与空气的接触面积，使废渣充分燃烧，加快反应速率，同时也可提高原料利用率；

(2) “氧化”中添加适量的MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+；根据分析和流程，沉锰的反应为：Mn2++2HCO3−=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

(3)a．二氧化硫和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠，亚硫酸钠和二氧化硫、水又能反应生成亚硫酸氢钠，有两步反应，所以无法准确测定尾气中SO2含量，故a错误；

b．稀H2SO4酸化的KMnO4溶液和二氧化硫能发生氧化还原反应而使溶液褪色，只发生一步反应，所以能准确测定尾气中SO2含量，故b正确；

c．碘和二氧化硫能发生氧化还原反应而使溶液褪色，只发生一步反应，所以能准确测定尾气中SO2含量，故c正确；

d．氨水和二氧化硫反应生成亚硫酸铵，亚硫酸铵和二氧化硫和水又能反应生成亚硫酸氢铵，有两步反应，所以无法准确测定尾气中SO2含量，故d错误；

故答案为b、c；

(4)Fe3+、Al3+阳离子通过调pH值，转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，同时生成微溶的硫酸钙，所以滤渣主要有氢氧化铁、氢氧化铝；

(5)除杂后，若要从MnSO4溶液中得到高纯硫酸锰必须进行的实验操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥，故操作顺序为bcad；

(6)pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀，室温下，除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+，氢氧化铝完全变成沉淀时的pH：Ksp[Al(OH)3]=1×10-33=c(Al3+)×c3(OH-)，c(Al3+)=1×10-6mol·L-1，解得：c(OH-)==1×10-9mol·L-1，c(H+)==1×10-5mol·L-1，pH=5，同理Fe(OH)3完全变成沉淀时的pH：Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39= c(Fe 3+)×c3(OH-)，c(OH-)==1×10-11mol·L-1，c(H+)==1×10-3mol·L-1，pH=3，故要使Fe3+、Al3+全部沉淀，调节pH范围是：5.0＜pH＜7.1。