题目内容
【题目】锌锰干电池是很古老的一次性电池，它的生产原料主要有软锰矿和闪锌矿。科研人员开发了综合利用软锰矿和闪锌矿的同槽酸浸工艺，工艺流程如下图所示。
已知：软锰矿中含MnO2约66%，SiO2约20%，Al2O3约4%，其余为水分；闪锌矿中含ZnS约80%，FeS、CuS、SiO2共约7%，其余为水分。
请回答下列问题：
（1）反应I需不断搅拌，其目的是______________。
（2）反应I中主要的氧化还原反应化学方程式为______________。
（3）检验反应I滤液中Fe3+的试剂为____________________。反应III中MnO2的作用是______________。
（4）已知Ksp（ZnCO3）=1.4×10-10、Ksp（MnCO3）=2.2×10-11；要使反应IV之后的溶液中Zn2+、Mn2+浓度均降到1.0×10-6 mol·L-1，则溶液中残留的CO32-浓度至少为___mol·L-1。
（5）如图是Na2SO4和Na2SO410H2O的溶解度曲线
（g/100g水），则Ⅳ中得到Na2SO4固体的操作是：将分离出MnCO3和ZnCO3后的滤液蒸发结晶→_______→ 用乙醇洗涤→干燥。用乙醇洗涤而不用水洗的原因是___________。
【答案】加快反应速率，提高原料利用率 ZnS+MnO2+2H2SO4 =ZnSO4 +S+MnSO4+2H2O KSCN溶液 将Fe2+氧化成Fe3+ 1.4×10-4 趁热过滤 用乙醇洗涤可以防止Na2SO4固体转化为Na2SO410H2O，并防止Na2SO4因溶于水而损耗
【解析】
软锰矿、闪锌矿中加硫酸，反应I主要为：MnO2和硫化物发生氧化还原反应生成Mn2+和S、Fe3+、Al3+、Zn2+、Cu2+等，过滤除去S、SiO2；
在滤液中加适量Zn发生反应Ⅱ，Zn和Cu2+、Fe3+反应生成Cu、Fe2+、Zn2+，过滤除去Cu；滤液发生反应Ⅲ，MnO2和Fe2+反应生成Mn2+和Fe3+，通过调pH使Fe3+、Al3+形成沉淀除去；
Zn2+、Mn2+和Na2CO3可发生反应Ⅳ得到Na2SO4、MnCO3、ZnCO3提供给反应Ⅲ用，也可发生反应Ⅴ，获得MnO2和Zn，据此分析解答。
(1)反应I不断搅拌，软锰矿和闪锌矿充分接触，一方面可以加快反应速率，另一方面可使软锰矿和闪锌矿尽可能反应，提高原料利用率，故答案为：加快反应速率，提高原料利用率；
(2)软锰矿中的成分主要为MnO2，闪锌矿中主要成分为ZnS，所以反应I中主要发生MnO2氧化ZnS的反应，结合原子守恒、电子得失守恒可得方程式为：ZnS+MnO2+2H2SO4 =ZnSO4 +S+MnSO4+2H2O，故答案为：ZnS+MnO2+2H2SO4 =ZnSO4 +S+MnSO4+2H2O；
(3)通常用KSCN溶液检验Fe3+，由上面的分析可知，反应III中MnO2的作用是将Fe2+氧化成Fe3+，以便形成沉淀而除去，故答案为：KSCN溶液；将Fe2+氧化成Fe3+；
(4) Zn2+浓度降到1.0×10-6 mol·L-1，所需CO32-浓度=
mol·L-1=1.4×10-4 mol·L-1，Mn2+浓度降到1.0×10-6 mol·L-1，所需CO32-浓度=
mol·L-1=2.2×10-5 mol·L-1，综上所述，要使反应IV之后的溶液中Zn2+、Mn2+浓度均降到1.0×10-6 mol·L-1，则溶液中残留的CO32-浓度至少为1.4×10-4 mol·L-1，故答案为：1.4×10-4 ；
(5)由Na2SO4和Na2SO410H2O的溶解度曲线可知，温度太低，Na2SO410H2O的溶解度较小，得到的固体为Na2SO410H2O，故应将分离出MnCO3和ZnCO3后的滤液蒸发结晶、趁热过滤、用乙醇洗涤、干燥。若用水洗，洗涤过程必然温度降低，有一部分Na2SO4会转化为Na2SO410H2O，同时有一部分会溶于水而随水流走，故用乙醇洗涤可以防止Na2SO4固体转化为Na2SO410H2O，并防止Na2SO4因溶于水而损耗，故答案为：趁热过滤；用乙醇洗涤可以防止Na2SO4固体转化为Na2SO410H2O，并防止Na2SO4因溶于水而损耗。
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