Question

科研人員將軟錳礦（MnO₂含量≥65%，SiO₂含量約20%，A1₂O₃含量約4%，其余為水分）和閃鋅礦（ZnS含量≥80%，F(xiàn)eS、CuS、SiO₂含量約7%，其余為水分）同槽酸浸開發(fā)出綜合利用這兩種資源的新工藝，如圖所示為工藝流程的一部分．
已知：ZnCO₃不溶于水，但溶于酸．部分陽離子以氫氧化物形式深沉時溶液的pH見下表：

物質	Fe（OH）3	A1（OH）3	Zn（OH）2	Fe（OH）2	Mn（OH）2
開始沉淀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

請回答：
（1）反應器I過濾所得濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、A1₂（CO₄）₃等．試完成反應器I中生成CuSO₄的化學方程式（不須配平）：CuS+______+H₂SO₄→______+______+CuSO₄+H₂O
（2）反應器II中發(fā)生反應的離子方程式為______．
（3）從沉淀溶解平衡的角度分析反應器III中生成A1（OH）₃沉淀的原因______．檢驗ZnCO₃是否過量的操作方法是______．
（4）反應器中IV中，試劑A可以是下列物質中______（填代號）．a(chǎn)．氨水 b．氫氧化鈉 c．MnO₂ d．稀硫酸
（5）欲從反應器IV的濾液中完全沉淀出Zn（OH）₂，而不析出Mn（OH）₂，則濾液的pH范圍為______，要將分離出沉淀后的濾液進行濃縮，需將溫度控制在90℃～100℃，可采用的加熱方法是______．

Answer 1

解：（1）反應I為酸浸過程，Mn、Al、Zn、Fe、Cu元素在該過程均轉化為金屬陽離子進入溶液，而難溶于酸的S、SiO₂則通過過濾而分離出來，
故答案為：MnO₂；S↓；MnSO₄；
（2）加入Zn后，Zn把Cu置換出來，而且Zn還原Fe³⁺，發(fā)生氧化還原反應．故答案為：Zn+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺；
（3）加入ZnCO₃后，ZnCO₃與溶液中的H⁺反應，導致溶液中c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，c（Al³⁺）?c（OH^-）＞K_sp[Al（OH）₃]，從而生成Al（OH）₃沉淀；取少許沉淀于試管中，滴加適量的稀硫酸，若有氣泡產(chǎn)生，則說明ZnCO₃過量；若無氣泡產(chǎn)生，則說明ZnCO₃不過量．故答案為：ZnCO₃與溶液中的H⁺反應，導致溶液中c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，從而生成Al（OH）₃沉淀；取少許沉淀于試管中，滴加適量的稀硫酸，若有氣泡產(chǎn)生，則說明ZnCO₃過量；若無氣泡產(chǎn)生，則說明ZnCO₃不過量．
（4）在所得慮液中加入MnO₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加入ZnCO₃調節(jié)溶液pH 在5.2-5.4之間使Fe³⁺、Al³⁺完全轉化為Fe（OH）₃、Al（OH）₃而分離（超過5.4Zn（OH）₂會析出）．故選c；
（5）從反應器IV的濾液中完全沉淀出Zn（OH）₂，而不析出Mn（OH）₂，則濾液的pH范圍為8.0≤pH＜8.3（超過8.3Mn（OH）₂會析出）；將溫度控制在90℃～100℃，最好采用水浴加熱．故答案為：8.0≤pH＜8.3；水浴加熱．
分析：反應I為酸浸過程，Mn、Al、Zn、Fe、Cu元素在該過程均轉化為金屬陽離子進入溶液，而難溶于酸的S、SiO₂則通過過濾而分離出來．
反應Ⅱ在所得溶液中加入適量Zn將Cu置換出來，并通過過濾而分離出來．
反應Ⅲ在所得慮液中加入MnO₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加入ZnCO₃調節(jié)溶液pH 在5.2-5.4之間使Fe³⁺、Al³⁺完全轉化為Fe（OH）₃、Al（OH）₃而分離（超過5.4Zn（OH）₂會析出）．最后所得溶液中含有Zn²⁺、Mn²⁺、SO₄^2-等，再進一步制得MnO₂、Zn、Na₂SO₄．
反應器IV的濾液中完全沉淀出Zn（OH）₂，而不析出Mn（OH）₂，則濾液的pH范圍為8.0≤pH＜8.3（超過8.3Mn（OH）₂會析出）．
點評：本題考查氧化還原反應、物質的流程知識、沉淀溶解平衡以及物質的分離與提純．考查考生綜合運用知識解決問題的能力．