Question

4．Ⅰ制備：目前，我國采用“接觸法”制硫酸，設(shè)備如圖所示：

（1）圖中設(shè)備A的名稱是沸騰爐，B設(shè)備氣流a、b溫度較高的是b（填“a”或“b”），C設(shè)備中用濃硫酸吸收SO₃．
（2）CuFeS₂是黃鐵礦的另一部分，煅燒時，CuFeS₂轉(zhuǎn)化為CuO、Fe₂O₃和SO₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4CuFeS₂+13O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂．
Ⅱ為了回收利用SO₂，研究人員研制了利用低品位軟錳礦漿（主要成分是MnO₂）吸收高溫焙燒含硫廢渣產(chǎn)生的SO₂廢氣，制備硫酸錳晶體的生產(chǎn)流程，其流程示意圖如下：

已知，浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金屬離子．有關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀時的pH見下表：

離子	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
Fe2+	7.6	9.7
Fe3+	2.7	3.7
Al3+	3.8	4.7
Mn2+	8.3	9.8

請回答下列問題：
（1）寫出浸出過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：SO₂+MnO₂=MnSO₄．
（2）寫出氧化過程中主要反應(yīng)的離子方程式：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O．
（3）在氧化后的液體中加入石灰漿，并用pH試紙測定調(diào)節(jié)pH，pH應(yīng)調(diào)節(jié)范圍是4.7≤pH＜8.3．
（4）濾渣的主要成分有氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣．
（5）下列各組試劑中，能準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量的是b、c．（填編號）
a．NaOH溶液、酚酞試液b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液
c．碘水、淀粉溶液d．氨水、酚酞試液．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）依據(jù)接觸法制硫酸的工業(yè)流程和設(shè)備反應(yīng)分析判斷；二氧化硫氧化生成三氧化硫為放熱反應(yīng)；三氧化硫吸收的方法是利用濃硫酸吸收，防止形成酸霧，阻止吸收分析判斷；
（2）根據(jù)已知信息，確定出反應(yīng)物和生成物，然后配平化學(xué)方程式；
Ⅱ（1）依據(jù)流程圖可知：浸出過程為軟錳礦漿與二氧化硫發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程，生成產(chǎn)物為硫酸錳；
（2）雜質(zhì)離子中只有Fe²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺；
（3）從表可以看出，為除去Fe³⁺和Al³⁺，只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間，若pH大于8.3，則Mn²⁺也會沉淀；
（4）Fe³⁺、Al³⁺陽離子通過調(diào)pH值，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時生成微溶的硫酸鈣；
（5）根據(jù)物質(zhì)間能發(fā)生幾步反應(yīng)分析．

解答 解：Ⅰ（1）A設(shè)備是硫鐵礦與氧氣在高溫下煅燒反應(yīng)在沸騰爐中進(jìn)行；二氧化硫氧化生成三氧化硫為放熱反應(yīng)，所以b處溫度高于a；用水吸收三氧化硫易形成酸霧阻止三氧化硫的吸收，通常用濃硫酸吸收；
故答案為：沸騰爐； b；濃硫酸；
（2）根據(jù)題意可知，高溫煅燒時CuFeS₂時，反應(yīng)物為CuFeS₂和O₂，生成物為CuO、Fe₂O₃ 和SO₂，再根據(jù)化合價升降法配平氧化還原反應(yīng)方程式，
故答案為：4CuFeS₂+13O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
Ⅱ（1）二氧化錳與二氧化硫反應(yīng)生成硫酸錳，化學(xué)方程式為：SO₂+MnO₂=MnSO₄，故答案為：SO₂+MnO₂=MnSO₄；
（2）雜質(zhì)離子中只有Fe²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
（3）雜質(zhì)中含有Fe³⁺、Al³⁺陽離子，從圖可表以看出，大于4.7可以將Fe³⁺和Al³⁺除去，小于8.3是防止Mn²⁺也沉淀，所以只要調(diào)節(jié)pH值在4.7～8.3間即可，
故答案為：4.7≤pH＜8.3；
（4）Fe³⁺、Al³⁺陽離子通過調(diào)pH值，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，同時生成微溶的硫酸鈣，所以濾渣主要有氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣，
故答案為：氫氧化鐵、氫氧化鋁、硫酸鈣；
（5）a．二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉和二氧化硫、水又能反應(yīng)生成亞硫酸氫鈉，有兩步反應(yīng)，所以無法準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故a錯誤；
b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液和二氧化硫能發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使溶液褪色，只發(fā)生一步反應(yīng)，所以能準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故b正確；
c．碘和二氧化硫能發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使溶液褪色，只發(fā)生一步反應(yīng)，所以能準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故c正確；
d．氨水和二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸銨，亞硫酸銨和二氧化硫和水又能反應(yīng)生成亞硫酸氫銨，有兩步反應(yīng)，所以無法準(zhǔn)確測定尾氣中SO₂含量，故d錯誤；
故答案為：b、c．

點評 本題為綜合題，考查了工業(yè)合成硫酸、工業(yè)制備硫酸錳的流程，涉及氧化還原方程式書寫、物質(zhì)的分離和提純，鹽類水解的應(yīng)用，把握數(shù)據(jù)處理能力和圖象分析能力是解題關(guān)鍵，題目難度較大．