Question

19．采用硫酸同槽浸出軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃銅礦（主要成分CuFeS₂）的新工藝方法提取錳、銅、鐵元素獲得成功，生產(chǎn)流程如圖所示：

已知：（1）步驟?5MnO₂+2CuFeS₂+10H₂SO₄═5MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2CuSO₄+4S↓+10H₂O
?部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)下表：

沉淀物	Cu（OH）2	Fe（OH）3	Mn（OH）2	Fe（OH）2
開(kāi)始沉淀pH	4.2	1.5	7.3	6.4
完全沉淀pH	6.7	3.2	9.8	9.0

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，回答相關(guān)問(wèn)題：
（1）步驟?①中每生成64g硫，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為5N_A；
（2）步驟?②中pH的范圍是3.2≤pH＜4.2或3.2＜pH＜4.2，沉淀E主要成分的化學(xué)式為Fe（OH）₃；
（3）MnSO₄溶液中c（MnSO₄）=3×10^-6mol/L，某碳酸鹽溶液中c（CO₃^2-）=3.3×10^-5mol/L，若兩溶液按體積比2：1混合，恰好達(dá)到溶解平衡，則MnCO₃的Ksp=2.2×10^-11；
（4）步驟④發(fā)生的離子反應(yīng)方程式：Mn²⁺+2NH₃+CO₂+H₂O=MnCO₃↓+2NH₄⁺；
（5）稱取0.58g軟錳礦于燒杯中，再分別向燒杯中加入過(guò)量20.00mL0.1000mol/LNa₂C₂O₄溶液和過(guò)量的硫酸，充分?jǐn)嚢枞芙猓�過(guò)濾，將濾液轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，用0.1000mol/L的KMnO₄溶液滴定至終點(diǎn)，消耗了4.00mLKMnO₄溶液．有關(guān)反應(yīng)如下：
MnO₂+Na₂C₂O₄+2H₂SO₄═MnSO₄+Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O
5Na₂C₂O₄+2KMnO₄+8H₂SO₄═2MnSO₄+K₂SO₄+5Na₂SO₄+10CO₂↑+8H₂O
①實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若在滴定前滴定管尖嘴部分無(wú)氣泡，滴定后滴定管尖嘴部分產(chǎn)生了氣泡，則會(huì)使滴定時(shí)消耗的KMnO₄溶液體積偏大（填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
②計(jì)算軟錳礦中MnO₂ 的百分含量：15.0%．

Answer 1

分析 軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃銅礦（主要成分CuFeS₂）中加入硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫，溶液A中含有鐵離子、銅離子、錳離子等，調(diào)節(jié)溶液的pH值3.2～4.2，使鐵離子生成沉淀E為氫氧化鐵，從而除去溶液中的鐵離子，過(guò)濾后再調(diào)節(jié)溶液的pH值6.7～7.3，使銅離子生成沉淀F為氫氧化銅，從而除去溶液中的銅離子，過(guò)濾后在濾液中通入二氧化碳和氨氣，可以獲得碳酸錳沉淀，碳酸錳在氧氣中加熱生成二氧化錳，據(jù)此答題．

解答 解：軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃銅礦（主要成分CuFeS₂）中加入硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫，溶液A中含有鐵離子、銅離子、錳離子等，調(diào)節(jié)溶液的pH值3.2～4.2，使鐵離子生成沉淀E為氫氧化鐵，從而除去溶液中的鐵離子，過(guò)濾后再調(diào)節(jié)溶液的pH值6.7～7.3，使銅離子生成沉淀F為氫氧化銅，從而除去溶液中的銅離子，過(guò)濾后在濾液中通入二氧化碳和氨氣，可以獲得碳酸錳沉淀，碳酸錳在氧氣中加熱生成二氧化錳，
（1）CuFeS₂中硫顯-2價(jià)，鐵顯+2價(jià)，被氧化后，硫變?yōu)?價(jià)，鐵變?yōu)?3價(jià)，所以步驟①?中每生成64g即2mol硫，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為5N_A，
故答案為：5N_A；
（2）步驟?②的目的是使鐵離子沉淀完全，且不能使銅離子沉淀完全，所以?②中pH的范圍是3.2≤pH＜4.2或3.2＜pH＜4.2，根據(jù)上面的分析可知，沉淀E主要成分的化學(xué)式為Fe（OH）₃，
故答案為：3.2≤pH＜4.2或3.2＜pH＜4.2；Fe（OH）₃；
（3）MnSO₄溶液中c（MnSO₄）=3×10^-6mol/L，某碳酸鹽溶液中c（CO₃^2-）=3.3×10^-5mol/L，若兩溶液按體積比2：1混合，恰好達(dá)到溶解平衡，則MnCO₃的K_sp=[Mn²⁺]•[CO₃^2-]=$\frac{3×10{\;}^{-6}×2}{3}$×$\frac{3.3×10{\;}^{-5}}{3}$=2.2×10^-11，
故答案為：2.2×10^-11；
（4）向含有錳離的鹽中通入二氧化碳和氨氣，可以獲得碳酸錳沉淀，原理為：Mn²⁺+2NH₃+CO₂+H₂O=MnCO₃↓+2NH₄⁺，
故答案為：Mn²⁺+2NH₃+CO₂+H₂O=MnCO₃↓+2NH₄⁺；
（5）①實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若在滴定前滴定管尖嘴部分無(wú)氣泡，滴定后滴定管尖嘴部分產(chǎn)生了氣泡，則會(huì)使滴定時(shí)消耗的KMnO₄溶液體積偏小，
故答案為：偏��；
②0.1000mol•L^-1的KMnO₄溶液滴定至終點(diǎn)，消耗了4.00mL KMnO₄的溶液，則草酸鈉的剩余量=0.1000mol•L^-1×0.004L×$\frac{5}{2}$=0.001mol，所以反應(yīng)掉的草酸鈉的量是0.001mol，根據(jù)反應(yīng)MnO₂+Na₂C₂O₄+2H₂SO₄=MnSO₄+Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O，0.001mol Na₂C₂O₄溶液消耗掉的二氧化錳的物質(zhì)的量為0.001mol，所以軟錳礦中MnO₂的百分含量=$\frac{0.001mol×87g/mol}{0.58g}$×100%=15.0%，
故答案為：15.0%．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道物質(zhì)的分離和提純知識(shí)的綜合題目，要求學(xué)生具有分析和解決問(wèn)題的能力，綜合性較強(qiáng)，難度較大．