Question

某地有软锰矿和闪锌矿两座矿山，它们的组成如下：
软锰矿：MnO₂含量≥65%，SiO₂含量约20%，Al₂O₃含量约4%，其余为水分；
闪锌矿：ZnS含量≥80%，FeS、CuS、SiO₂含量约7%，其余为水分．
科研人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺，工艺流程如下图所示．
请回答下列问题：
（1）反应Ⅰ的滤液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等．试完成反应Ⅰ中生成CuSO₄和MnSO₄的化学方程式：MnO₂+CuS+______=______↓+______+CuSO₄+______．
（2）反应Ⅱ加入适量锌的作用是______；如果锌过量，还会进一步发生反应的离子方程式为______．

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Zn（OH）2
开始沉淀pH	2.3	4.0	5.4
完全沉淀pH	4.1	5.2	8.0

（3）反应Ⅲ要调节pH生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃，中过量的H⁺所使用的物质是______，调节的pH范围是______（pH数据见表）．
（4）本工艺可以循环利用的物质有ZnCO₃、MnCO₃和______．

Answer 1

解：（1）依据流程图分析判断，反应Ⅰ的滤液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，软锰矿和闪锌矿中的MnO₂，CuS在酸性溶液中发生的氧化还原反应生成生成CuSO₄和MnSO₄硫单质，反应的化学方程式为：MnO₂+CuS+2H₂SO₄=S↓+CuSO₄+MnSO₄+2H₂O，
故答案为：2H₂SO₄；S；MnSO₄；2H₂O；
（2）流程分析，反应Ⅰ的滤液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，加入锌反应生成铜，锌的主要作用是加入适量和铁离子反应生成亚铁离子，把铜离子转化为铜除去；锌过量会继续反应置换出铁；反应的离子方程式为：Zn+Fe²⁺=Fe+Zn²⁺，故答案为：将溶液中的硫酸铜转化为铜；Zn+Fe²⁺=Fe+Zn²⁺；
（3）反应Ⅲ要调节pH生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃，依据图表分析PH在 5.2～5.4范围内铁离子和铝离子全部沉淀，锌离子不沉淀；由流程图可知加入碳酸锰和碳酸锌与溶液中的氢离子反应用来调节溶液PH使铁离子和铝离子沉淀，故答案为：MnCO₃ 、ZnCO₃；5.2～5.4；
（4）依据流程图可知能循环使用的物质为ZnCO₃、MnCO₃和MnO₂，故答案为：MnO₂．
分析：（1）生成CuSO₄和MnSO₄的化学方程式是MnO₂，CuS在酸性溶液中发生的氧化还原反应，氧化剂为MnO₂，被还原为硫酸锰，还原剂为CuS，被氧化为硫单质同时生成硫酸铜，依据电子守恒和原子守恒写出化学方程式判断；
（2）流程图分析，锌的主要作用是加入适量和铁离子反应生成亚铁离子，把铜离子转化为铜除去；锌过量会和亚铁离子反应生成铁单质；
（3）流程分析溶液调节PH使铁离子和铝离子全部沉淀加入碳酸锰、碳酸锌反应生成二氧化碳，调节溶液PH使铁离子和铝离子形成沉淀除去；
（4）可以循环利用的物质是反应过程中重复使用，最后又生成可以进行循环使用．
点评：本题考查了物质制备实验方案的流程分析和产物判断，分离方法，试剂选择等知识，物质性质的中和应用，流程的反应物和产物分析，实验目的理解是解题关键，题目难度中等．