Question

科研人员将软锰矿（MnO₂含量≥65%，SiO₂含量约20%，A1₂O₃含量约4%，其余为水分）和闪锌矿（ZnS含量≥80%，FeS、CuS、SiO₂含量约7%，其余为水分）同槽酸浸开发出综合利用这两种资源的新工艺，如图所示为工艺流程的一部分．
已知：ZnCO₃不溶于水，但溶于酸．部分阳离子以氢氧化物形式深沉时溶液的pH见下表：

物质	Fe（OH）3	A1（OH）3	Zn（OH）2	Fe（OH）2	Mn（OH）2
开始沉淀pH	2.7	3.3	5.4	7.6	8.3
完全沉淀pH	4.4	5.2	8.0	9.6	9.8

请回答：
（1）反应器I过滤所得滤液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、A1₂（CO₄）₃等．试完成反应器I中生成CuSO₄的化学方程式（不须配平）：CuS+______+H₂SO₄→______+______+CuSO₄+H₂O
（2）反应器II中发生反应的离子方程式为______．
（3）从沉淀溶解平衡的角度分析反应器III中生成A1（OH）₃沉淀的原因______．检验ZnCO₃是否过量的操作方法是______．
（4）反应器中IV中，试剂A可以是下列物质中______（填代号）．a．氨水 b．氢氧化钠 c．MnO₂ d．稀硫酸
（5）欲从反应器IV的滤液中完全沉淀出Zn（OH）₂，而不析出Mn（OH）₂，则滤液的pH范围为______，要将分离出沉淀后的滤液进行浓缩，需将温度控制在90℃～100℃，可采用的加热方法是______．

Answer 1

解：（1）反应I为酸浸过程，Mn、Al、Zn、Fe、Cu元素在该过程均转化为金属阳离子进入溶液，而难溶于酸的S、SiO₂则通过过滤而分离出来，
故答案为：MnO₂；S↓；MnSO₄；
（2）加入Zn后，Zn把Cu置换出来，而且Zn还原Fe³⁺，发生氧化还原反应．故答案为：Zn+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺；
（3）加入ZnCO₃后，ZnCO₃与溶液中的H⁺反应，导致溶液中c（H⁺）减小，c（OH^-）增大，c（Al³⁺）?c（OH^-）＞K_sp[Al（OH）₃]，从而生成Al（OH）₃沉淀；取少许沉淀于试管中，滴加适量的稀硫酸，若有气泡产生，则说明ZnCO₃过量；若无气泡产生，则说明ZnCO₃不过量．故答案为：ZnCO₃与溶液中的H⁺反应，导致溶液中c（H⁺）减小，c（OH^-）增大，从而生成Al（OH）₃沉淀；取少许沉淀于试管中，滴加适量的稀硫酸，若有气泡产生，则说明ZnCO₃过量；若无气泡产生，则说明ZnCO₃不过量．
（4）在所得虑液中加入MnO₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加入ZnCO₃调节溶液pH 在5.2-5.4之间使Fe³⁺、Al³⁺完全转化为Fe（OH）₃、Al（OH）₃而分离（超过5.4Zn（OH）₂会析出）．故选c；
（5）从反应器IV的滤液中完全沉淀出Zn（OH）₂，而不析出Mn（OH）₂，则滤液的pH范围为8.0≤pH＜8.3（超过8.3Mn（OH）₂会析出）；将温度控制在90℃～100℃，最好采用水浴加热．故答案为：8.0≤pH＜8.3；水浴加热．
分析：反应I为酸浸过程，Mn、Al、Zn、Fe、Cu元素在该过程均转化为金属阳离子进入溶液，而难溶于酸的S、SiO₂则通过过滤而分离出来．
反应Ⅱ在所得溶液中加入适量Zn将Cu置换出来，并通过过滤而分离出来．
反应Ⅲ在所得虑液中加入MnO₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加入ZnCO₃调节溶液pH 在5.2-5.4之间使Fe³⁺、Al³⁺完全转化为Fe（OH）₃、Al（OH）₃而分离（超过5.4Zn（OH）₂会析出）．最后所得溶液中含有Zn²⁺、Mn²⁺、SO₄^2-等，再进一步制得MnO₂、Zn、Na₂SO₄．
反应器IV的滤液中完全沉淀出Zn（OH）₂，而不析出Mn（OH）₂，则滤液的pH范围为8.0≤pH＜8.3（超过8.3Mn（OH）₂会析出）．
点评：本题考查氧化还原反应、物质的流程知识、沉淀溶解平衡以及物质的分离与提纯．考查考生综合运用知识解决问题的能力．