Question

软锰矿的主要成分是MnO₂，其悬浊液可吸收烟气中SO₂，所得酸性浸出液又可用于制备高纯硫酸锰,其一种工艺流程如下图图1所示。已知金属单质的活动顺序为Al>Mn>Fe>Ni。回答下列问题:

(1)用离子方程式表示加入“氧化剂(软锰矿)”作用:_________________________。

(2)已知:K_sp[Al(OH)₃]= 1.0×10^-33    K_sp[Ni(OH)₂]=1.6×10^-15

K_sp[Mn(OH)₂]=4.0×10^-14          K_sp[Fe(OH)₃]=2.6×10^-39

“水解沉降”中:

①“中和剂”可以是__________(填标号)。

A.Al₂O₃     B.MgO    C.H₂SO₄   D.MnO₂

②溶液的pH 应不低于______________。(离子浓度小于1×10^-6mol/L时，即可认为该离子沉淀完全)

(3)“置换”的目的是____________________(用离子方程式表示)。

(4)“结晶分离”中的部分物质的溶解度曲线如上图图2 所示。结晶与过滤过程中，体系温度均应维持在______________℃(填“27”、“60”或“70”)。

(5)“草酸钠一高锰酸钾返滴法”可测定软锰矿中MnO₂ 的纯度(假设杂质不参与反应):取a g MnO₂ 样品于锥形瓶中，加入适量稀硫酸，再加入V₁ mL c₁ mol/LNa₂C₂O₄ 溶液(足量)，最后用c₂ mol/L的KMnO₄溶液滴定剩余的Na₂C₂O₄ ，达终点时消耗V₂ mL 标准KMnO₄溶液。

①MnO₂ 参与反应的离子方程式为________________________。

②该样品中MnO₂ 的质量分数为______(假定杂质不参与反应，列出表达式即可)。

Answer

MnO2+2Fe2++4H+═Mn2++2Fe3++2H2O B 5 Mn+Ni2+═Mn2++Ni 70 MnO2+4H++C2O42-=Mn2++2CO2↑+2H2O

【解析】(1). “氧化剂”发生反应是利用二氧化锰将亚铁离子氧化成铁离子，二氧化锰被还原为锰离子，根据得失电子守恒和原子守恒，该反应的离子方程式为：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，故答案为：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；

(2). ①. 中和剂是调节溶液pH除去杂质离子，且不引入新的杂质，A. 加入Al2O3会和酸反应，引入铝离子杂质，故A错误；B.加入MgO和酸反应，能调节溶液pH且不引入新的杂质，故B正确；C.加入H2SO4后不能使溶液pH升高而除去Fe3+和Al3+，且引入新的杂质，故C错误；D. MnO2不能和稀酸反应，故D错误；答案为：B；

②. 根据Ksp[Al(OH)3]= 1.0×10-33、Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39可知，当铝离子全部沉淀时，铁离子已全部沉淀，结合氢氧化铝的溶度积常数可知，Ksp[Al(OH)3]= 1.0×10-33=c(Al3+)×c3(OH－)= 1×10-6mol/L×c3(OH－)，解得c(OH－)= 1×10-9mol/L，则c(H+)= 1×10-5mol/L，pH=5，故答案为：5；

(3). “置换”中发生的反应是锰置换出单质镍，离子方程式为Mn+Ni2+=Mn2++Ni，故答案为：Mn+Ni2+=Mn2++Ni；

(4). 据图可知，结晶与过滤过程中，体系温度均应维持在70℃，此时硫酸镁溶解度最大，硫酸锰溶解度小，便于析出硫酸锰晶体，故答案为：70；

(5).①. MnO2 与Na2C2O4在酸性条件下反应生成锰离子、二氧化碳和水，根据得失电子守恒和原子守恒，该反应的离子方程式为：MnO2+4H++C2O42-=Mn2++2CO2↑+2H2O，故答案为：MnO2+4H++C2O42-=Mn2++2CO2↑+2H2O；

②. C2O42-在酸性条件下与MnO4－反应的离子方程式为：2MnO4－＋5C2O42－＋16H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，则剩余Na2C2O4的物质的量为：c2 mol/L×V2 ×10-3L=c2V2 ×10-3mol，与MnO2反应的Na2C2O4的物质的量为：c1V1 ×10-3mol－c2V2 ×10-3mol，由MnO2+4H++C2O42-=Mn2++2CO2↑+2H2O可知，MnO2 的物质的量为：(c1V1 ×10-3－c2V2 ×10-3)mol，质量为：(c1V1 ×10-3－c2V2 ×10-3) mol×87g/mol=(c1V1 ×10-3－c2V2 ×10-3)×87g，则该样品中MnO2 的质量分数为，故答案为：。