Question

某研究性学习小组利用软锰矿浆(主要成分是MnO₂)吸收工业废气中的SO₂，并制备硫酸锰的生产流程如下(浸出液的pH<2，其中除含Mn²⁺外，还含有少量Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺等金属离子)：

       

“操作1”的滤液通过阳离子吸附剂除去Ca²⁺。金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表：

离子	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe^2+	7.6	9.7
Fe^3+	2.7	3.7
Al^3+	3.8	4.7
Mn^2+	8.3	9.8

(1)浸出过程中被氧化的物质的化学式为____________。

(2)氧化过程中主要反应的离子方程式为_____________

(3)在氧化后的液体中加入石灰浆调节pH， pH 的范围是__________。

(4)操作2包括蒸发浓缩、__________、 过滤、 洗涤、干燥等操作。

(5)为测定所得MnSO₄·H₂O的纯度，准确称取上述样品1.720 g加入适量H₂SO₄和NH₄NO₃溶液，加热使Mn²⁺全部氧化成Mn³⁺后，配成200 mL溶液。取20.00 mL该溶液，向其中逐滴加入0.0500 mol·L^-1的FeSO₄溶液，发生如下反应： Fe²⁺ +Mn³⁺=== Fe³⁺ + Mn²⁺当反应恰好完全进行时，共消耗FeSO₄溶液19.50 mL。计算MnSO₄·H₂O的纯度(写出计算过程，结果保留四位有效数字)__

Answer

SO2 2Fe2++ MnO2 + 4H+===2Fe3++ Mn2++ 2H2O 4.7≤pH<8.3 冷却结晶 95.80%

【解析】

软锰矿浆主要成分是MnO2，吸收工业废气中的SO2后，浸出液的pH<2，其中含Mn2+，则发生氧化还原反应MnO2+SO2=MnSO4，浸出液中加入二氧化锰后发生氧化还原反应4H++MnO2+2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O，再加入石灰浆调节pH，根据表格数据，要除去Fe3+、Al3+，并防止Mn2+沉淀，需调节pH值在4.7~8.3；“操作1”的滤液通过阳离子吸附剂除去Ca2+，过滤后得到含硫酸锰的溶液，再经蒸发浓缩、冷却结晶、 过滤、 洗涤、干燥得到硫酸锰晶体。

(1)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+，则与SO2发生氧化还原反应，反应的化学方程式为MnO2+SO2=MnSO4，硫元素化合价升高，则SO2被氧化。

(2)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。

(3)杂质中含有Fe3+、Al3+阳离子，从图中可以看出4.7可以将Fe3+和Al3+除去，小于8.3是防止Mn2+也沉淀，所以只要调节pH值4.7≤pH<8.3。

(4)操作1得到滤渣，说明操作1应为过滤，得到滤液蒸发浓缩后，冷却结晶再过滤洗涤等，进而制备纯净的硫酸锰；

(5)由题可知，Fe2+与Mn2+之间比例关系为1:1，即n(Fe2+)= n(Mn2+)，设MnSO4·H2O的纯度为a，n(Fe2+)=0.01950 L×0.0500 mol/L，n(Mn2+)=，解得a=0.958=95.80%。