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为了回收利用SO2,研究人员研制了利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收高温焙烧含硫废渣产生的SO2废气,制备硫酸锰晶体的生产流程,其流程示意图如图:已知,浸出液的pH<2,其
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问题描述:

为了回收利用SO2,研究人员研制了利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收高温焙烧含硫废渣产生的SO2废气,制备硫酸锰晶体的生产流程,其流程示意图如图:

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.有关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
Fe2+7.69.7
Fe3+2.73.7
Al3+3.84.7
Mn2+8.39.8
请回答下列问题:

(1)写出浸出过程中主要反应的化学方程式:___.

(2)写出氧化过程中主要反应的离子方程式:___.

(3)在氧化后的液体中加入石灰浆,用于调节pH,pH应调节至___.

(4)滤渣的主要成分有___.

(5)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

(6)已知废气中SO2浓度为8.4g/m3,软锰矿浆对SO2的吸收率可达90%,则处理1000m3废气,可得到硫酸锰晶体质量为___.

韩昌沛回答:
  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,杂质中含有Fe2+、Al3+、Ca2+、Pb2+四种阳离子,由沉淀的pH范围知,Fe2+的沉淀与Mn2+离子的沉淀所需的pH接近,而Fe3+则相差很远,故可以将Fe2+氧化成Fe3+而除杂.从吸附率的图可以看出,Ca2+、Pb2+的吸附率较高,故只要调节pH值在4.7~8.3间,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,过滤,滤渣主要有氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙,由于制取的MnSO4•H2O含有结晶水,故操作a采用蒸发浓缩结晶的方法,得到MnSO4•H2O.   (1)低品位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,反应的化学方程式为SO2+MnO2=MnSO4.   故答案为:SO2+MnO2=MnSO4;   (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,   故答案为:2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O;   (3)杂质中含有Fe2+、Al3+、Ca2+、Pb2+四种阳离子,由沉淀的pH范围知,Fe2+的沉淀与Mn2+离子的沉淀所需的pH接近,而Fe3+则相差很远,故可以将Fe2+氧化成Fe3+而除杂.从吸附率的图可以看出,Ca2+、Pb2+的吸附率较高,故只要调节pH值在4.7~8.3间,大于4.7可以将Fe3+和Al3+除去,小于8.3是防止Mn2+也沉淀,   故答案为:4.7~8.3;   (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、硫酸钙.   故答案为:氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙;   (5)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;   (6)根据硫原子守恒,被吸收的SO2的物质的量等于硫酸锰晶体的物质的量,所以硫酸锰晶体的质量为8.4g/m
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