MnO2和锌是制造锌锰电池的主要原料，一种新工艺采用软锰矿（主要成分为MnO2，含少量Al2O3和SiO2杂质）和闪锌矿（主要成分为ZnS，含少量FeS、CuS、CdS杂质）为原料生产MnO2和锌，其简化工艺流

Question

MnO₂和锌是制造锌锰电池的主要原料，一种新工艺采用软锰矿（主要成分为MnO₂，含少量Al₂O₃和SiO₂杂质）和闪锌矿（主要成分为ZnS，含少量FeS、CuS、CdS杂质）为原料生产MnO₂和锌，其简化工艺流程如下（中间产物的固体部分已经略去）：

已知：
①浸取时发生的主要反应为：MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，杂质FeS、CuS、CdS也会发生类似反应．
②某些金属离子完全沉淀的pH如下表：

	Zn2+	Mn2+	Fe2+	Fe3+	Al3+
pH	8.0	10.1	9.0	3.2	4.7

请回答下列问题：
（1）步骤Ⅰ中浸取时Al₂O₃与稀硫酸反应的化学方程式为___．
（2）步骤Ⅱ中还原回收得到的金属单质是___．
（3）步骤Ⅲ中MnO₂的作用是___，适宜选作物质W的试剂为___（选填编号）．
A．NaOH    B．ZnO    C．NH₃•H₂O    D．MnCO₃
（4）酸性锌锰干电池放电时，负极的电极反应式为___．
（5）MnSO₄可用于制备MnCO₃，MnCO₃在空气中加热反应也可制得MnO₂．
已知25℃，101kPa时：
Mn（s）+O₂（g）=MnO₂（s）△H₁=-520kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-393.5kJ•mol^-1
2Mn（s）+2C（s）+3O₂（g）=2MnCO₃（s）△H₃=-894kJ•mol^-1
MnCO₃在空气中加热反应生成MnO₂的热化学方程式为___．
（6）按照图示流程，若某次生产过程中使用了100t闪锌矿，其中ZnS含量为80%，浸取时ZnS的损失率为3%，最终得到87t MnO₂．假设流程中每个步骤都反应完全，电解（使用惰性电极）时无其他产物生成，则流程中除杂质所引入的锌元素的质量为___t．

Answer 1

软锰矿、闪锌矿和稀硫酸混合，发生的反应有MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O、MnO₂+FeS+2H₂SO₄=MnSO₄+FeSO₄+S↓+2H₂O、MnO₂+CuS+2H₂SO₄=MnSO₄+CuSO₄+S↓+2H₂O、MnO₂+CdS+2H₂SO₄=MnSO₄+CdSO₄+S↓+2H₂O、Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O，二氧化硅不溶于稀硫酸，然后过滤，滤液中含有MnSO₄、FeSO₄、CuSO₄、CdSO₄、Al₂（SO₄）₃，向滤液中加入Zn，Zn能还原Cu²⁺、Cd²⁺得到Cu、Cd，过滤向滤液中加入二氧化锰和W，二氧化锰具有氧化性，能氧化还原性离子Fe²⁺，W能使溶液中铁离子、铝离子反应生成沉淀，则W能和氢离子反应且不能引进新的杂质；电解硫酸锌和硫酸锰溶液得到Zn、MnO₂和稀硫酸；
（1）Al₂O₃是两性氧化物，能和H₂SO₄反应生成Al₂（SO₄）₃和 H₂O，反应方程式为Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O，
故答案为：Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）根据流程图中反应前后离子变化确定回收金属成分为Cu、Cd，故答案为：Cu、Cd；
（3）二氧化锰具有氧化性，能氧化还原性离子亚铁离子，然后将铁离子除去；
W能和氢离子反应而调节溶液的pH，且不能引进新的杂质，符合条件的有BD，一水合氨和NaOH虽然能调节溶液的pH但引进新的杂质，
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；BD；
（4）放电时负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e^-═Zn²⁺，故答案为：Zn-2e^-═Zn²⁺；
（5）Mn（s）+O₂（g）=MnO₂（s）△H₁=-520kJ•mol^-1 ①
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-393.5kJ•mol^-1 ②
2Mn（s）+2C（s）+3O₂（g）=2MnCO₃（s）△H₃=-894kJ•mol^-1③，
将方程式；2（①+②）-③得2MnCO₃（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H=2（-520kJ•mol^-1-393.5kJ•mol^-1 ）-（-894kJ•mol^-1）=-933 kJ•mol^-1，
故答案为：2MnCO₃（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H=-933 kJ•mol^-1；
（6）闪锌矿浸取后m（Zn）=100t×80%×（1-97%）×(65)/(97)=52t，电解反应式为Zn ²⁺+Mn ²⁺+2H₂O(电解.)/()Zn↓+MnO₂↓+4H⁺，
设生成87t二氧化锰所需锌元素质量为x，
Zn ²⁺+Mn ²⁺+2H₂O(电解.)/()Zn↓+MnO₂↓+4H⁺
65                        87
x                        87t
65：87=x：87t
x=(65×87t)/(87)=65t
实际上有52t，则还需要65t-52t=13t，
故答案为：13．