Question

软锰矿的主要成分为MnO₂，还含有Fe₂O₃、MoO、Al₂O₃、CaO等杂质，工业上用软软矿制取MnSO₄·H₂O的流程如下:

已知:Fe³⁺、Al³⁺、Mn²⁺和Mg²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时，溶渡的pH分别为3.2、5.2、10.4、12.4;温度高于27℃时，MnSO₄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⁺的化学方程式为_________________________________________

（2）“浸出”过程中Fe₂O₃转化为Fe³⁺和Fe²⁺，相关反应的离子方程式为_______________________________

（3）“滤渣I”的主要成分是_____________，“调pH至5~6”所加的试剂是________（填“石灰水”或“稀硫酸”)。

（4）根据下表数据，选择“第2步除杂”所加的物质A（由一种阳离子和一种阴离子组成)，物质A的化学式为_______________

（5）采用“趁热过滤”操作的原因是_______________________________

Answer

SO2+MnO2 Mn2++ Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、2Fe3++SO2+2H2O=4H++2Fe2++ Fe(OH)3、Al(OH)3 石灰水 MnF2 MnSO4·H2O溶解度随温度升高而降低，所以是为了防止温度下降时，MnSO4·H2O溶解导致产率降低

【解析】

由流程可知，主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MoO、Al2O3、CaO等杂质，加硫酸溶解后，发生SO2+MnO2 Mn2++，调节pH，由氢氧化物的沉淀pH可知，铁离子、铝离子转化为沉淀，则滤渣I为Fe(OH)3、Al(OH)3，然后除去钙离子，结合表格数据可知CaF2的溶度积较小，则选择A为MnF2，且不引入新杂质，最后蒸发浓缩、趁热过滤(防止低温MnSO4·H2O溶解而减少)，据此回答；

(1)MnO2中锰元素的化合价为+4价，“浸出”过程中MnO2转化为Mn2+，则二氧化锰被二氧化硫所还原，故离子方程式为SO2+MnO2 Mn2++；
(2) “浸出”过程中Fe2O3转化为Fe3+是非氧化还原反应，反应的离子方程式为：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Fe2O3转化为Fe2+是氧化还原反应，还原剂是二氧化硫，反应的离子方程式为：2Fe3++SO2+2H2O=4H++2Fe2++；

(3)结合题中阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH可知，Fe3+、Al3+完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，其它离子不沉淀，故滤渣1的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀；“调pH至5~6”的过程是消耗氢离子的，故所加的试剂不是硫酸，而是石灰水；
(4) “第2步除杂”所加的物质A用于使镁离子沉淀、由表中数据知，MgF2是沉淀，又不能引入新杂质，选择A为MnF2，；
(5)已知：温度高于27℃时，MnSO4的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故最后需采用“趁热过滤”操作，原因是防止温度下降时MnSO4⋅H2O溶解，导致产率降低。