Question

工业上由MnS矿（还含少量FeCO₃、MgO等）制备高纯硫酸锰，工艺如图所示：

已知相关金属离子（浓度为0.1mol·L^－1）形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子	Mn^2+	Fe^2+	Fe^3+	Mg^2+
开始沉淀的pH	8.1	6.3	1.8	8.9
沉淀完全的pH	10.1	8.3	3.2	10.9

(1)“酸浸”过程中，MnS（难溶）发生反应的离子方程式为_____________。

(2)“酸浸”时MnO₂应过量，目的是____________和将Fe^2＋氧化为Fe^3＋。

(3)已知K_sp[Fe(OH)₃]＝4×10^－38。常温下，当溶液的pH＝2时，c(Fe³⁺)＝______________mol·L^－1。

(4)“除杂”时若溶液pH过低，Mg²⁺沉淀不完全，原因是_______________。

(5)“沉锰”反应的化学方程式为_____________。

(6)用MnO₂悬浊液吸收SO₂也可以制取MnSO₄。将SO₂和空气的混合气通入MnO₂悬浊液，测得吸收液中Mn^2＋、SO₄^2-的浓度随反应时间t变化如图。导致Mn²⁺、SO₄^2-浓度变化产生明显差异的原因是_____________。

Answer

MnS＋MnO2＋4H＋=S＋2Mn2＋＋2H2O 提高MnS的转化率 4×10－2 H＋与F-/反应生成弱酸HF 2NH4HCO3＋MnSO4=MnCO3↓＋(NH4)2SO4＋CO2↑＋H2O Mn2＋催化O2与H2SO3反应生成H2SO4

【解析】

(1)“酸浸”过程中，MnS与MnO2反应生成硫单质，硫酸锰和水；

(2)根据金属沉淀的pH进行分析；

(3) 根据Ksp[Fe(OH)3]= c(Fe3+)×c3(OH-)进行计算；

(4) “除杂”时若溶液pH过低，H＋与F-反应生成弱酸HF；

(5) “沉锰”时，碳酸氢铵与硫酸锰反应生成碳酸锰、硫酸铵、二氧化碳和水；

(6) Mn2＋催化O2与H2SO3反应生成H2SO4。

(1)“酸浸”过程中，MnS与MnO2反应生成硫单质，硫酸锰和水，反应的离子方程式为MnS＋MnO2＋4H＋=S＋2Mn2＋＋2H2O；

(2)为提高MnS的转化率和将Fe2＋氧化为Fe3＋，“酸浸”时MnO2应过量；

(3)常温下，当溶液的pH＝2时，c(H+)＝10-2mol·L－1，c(OH-)＝=10-12mol·L－1，Ksp[Fe(OH)3]= c(Fe3+)×c3(OH-)＝c(Fe3+)×(10-12mol·L－1)3＝4×10－38，解得c(Fe3+)＝4×10－2mol·L－1；

(4)“除杂”时若溶液pH过低，H＋与F-反应生成弱酸HF ，Mg2+沉淀不完全；

(5)根据流程可知，“沉锰”时，碳酸氢铵与硫酸锰反应生成碳酸锰、硫酸铵、二氧化碳和水，反应的化学方程式为2NH4HCO3＋MnSO4=MnCO3↓＋(NH4)2SO4＋CO2↑＋H2O；

(6)将SO2和空气的混合气通入MnO2悬浊液，Mn2＋催化O2与H2SO3反应生成H2SO4，导致Mn2+、SO42-浓度迅速增大。