Question

16．輝銅礦主要成分Cu₂S，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)，軟錳礦主要含有 MnO₂，以及少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)．研究人員開發(fā)綜合利用這兩種資源，用同槽酸浸濕法冶煉工藝，制備硫酸錳和堿式碳酸銅．主要工藝流程如下：

已知：①M(fèi)nO₂有較強(qiáng)的氧化性，能將Cu⁺氧化成Cu²⁺
②[Cu（NH₃）₄]SO₄常溫穩(wěn)定，在熱水溶液中會分解生成NH₃
③部分金屬陽離子生成氫氧化物沉淀的pH范圍（開始沉淀和完全沉淀的pH）：
Fe³⁺：1.5～3.2   Mn²⁺：8.3～9.8   Cu²⁺：4.4～6.4
（1）實(shí)驗(yàn)室配制250mL 4.8mol/L的稀硫酸，所需的玻璃儀器除玻璃棒、量筒、燒杯以外還需要250mL容量瓶、膠頭滴管
（2）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施有粉碎礦石或適當(dāng)升高溫度或攪拌（任寫一點(diǎn)）．
（3）酸浸時(shí)，得到浸出液中主要含有CuSO₄、MnSO₄等．寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式Cu₂S+2MnO₂+4H₂SO₄=2CuSO₄+2MnSO₄+S↓+4H₂O．
（4）調(diào)節(jié)浸出液pH=4的作用是使Fe³⁺完全生成Fe（OH）₃沉淀．
（5）本工藝中可循環(huán)使用的物質(zhì)是（寫化學(xué)式）NH₃．
（6）獲得的MnSO₄•H₂O晶體后常用酒精洗滌，優(yōu)點(diǎn)是減少M(fèi)nSO₄•H₂O晶體的損失．
（7）用標(biāo)準(zhǔn)的BaCl₂溶液測定樣品中MnSO₄•H₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)樣品純度大于100%（測定過程中產(chǎn)生的誤差可忽略），其可能原因有混有硫酸鹽雜質(zhì)或部分晶體失去結(jié)晶水 （任寫一種）．

Answer 1

分析 流程分析可知輝銅礦軟錳礦加入硫酸酸浸過濾得到浸出液調(diào)節(jié)溶液PH，使鐵離子全部沉淀，過濾得到浸出液中主要含有CuSO₄、MnSO₄等，加入碳酸氫銨和氨水過濾得到混合溶液加熱趕出氨氣結(jié)晶析出得到堿式碳酸銅，濾渣為碳酸錳，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶過濾洗滌得到硫酸錳晶體；
（1）配制250mL溶液，需要250mL容量瓶，還需要膠頭滴管定容；
（2）礦石的顆粒大小、溫度及是否攪拌等會影響浸取率；
（3）MnO₂有較強(qiáng)的氧化性，能將金屬硫化物中的硫氧化為單質(zhì)硫，生成物是CuSO₄、MnSO₄、S，反應(yīng)物是硫酸、二氧化錳和硫化亞銅，根據(jù)化合價(jià)升降法配平；
（4）氫氧化鐵開始沉淀PH=1.5，完全沉淀PH=3.2，Cu²⁺：開始沉淀是4.4，使Fe³⁺完全沉淀且Cu²⁺不沉淀的PH范圍是：3.2～4.4；
（5）根據(jù)工藝流程可以看出，可循環(huán)使用的物質(zhì)是氨氣；
（6）MnSO₄•H₂O晶體在酒精中溶解度小；
（7）晶體失去結(jié)晶水，測定硫酸錳晶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會大于100%．

解答 解：（1）配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液，必不可少的是容量瓶和膠頭滴管，容量瓶要標(biāo)明規(guī)格，本題必須使用250mL容量瓶，
故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）由于酸浸時(shí)礦石顆粒大小影響浸取率，可以通過粉碎礦石提高浸取率，還可以適當(dāng)升高溫度或者攪拌提高浸取率，
故答案為：粉碎礦石、適當(dāng)升高溫度或者攪拌；
（3）根據(jù)信息，MnO₂能將金屬硫化物中的硫氧化為單質(zhì)硫，反應(yīng)物是Cu₂S、MnO₂、H₂SO₄ ，生成物是CuSO₄、MnSO₄、S，
把硫化亞銅看成整體，化合價(jià)變化是：（1×2+2×1）=4，
Mn元素化合價(jià)變化是：4-2=2，
所以二氧化錳化學(xué)計(jì)量數(shù)是2，硫化亞銅的是1，再根據(jù)觀察法配平其它物質(zhì)；反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Cu₂S+2MnO₂+4H₂SO₄=2CuSO₄+2 MnSO₄+S↓+4H₂O，
故答案為：Cu₂S+2MnO₂+4H₂SO₄=2CuSO₄+2 MnSO₄+S↓+4H₂O；
（4）根據(jù)金屬陽離子生成氫氧化物沉淀的pH范圍，使Fe³⁺完全沉淀且Cu²⁺不沉淀的PH范圍是：3.2～4.4，故選擇PH=4目的是使Fe³⁺完全水解生成氫氧化鐵沉淀，
故答案為：使Fe³⁺完全生成Fe（OH）₃沉淀；
（5）工藝流程中，加入了氨水，最后又得到了氨氣，NH₃ 可循環(huán)使用，故答案為：NH₃ ；
（6）在酒精中，硫酸錳晶體溶解度小，故獲得的MnSO₄•H₂O晶體后常用酒精洗滌，目的是減少M(fèi)nSO₄•H₂O晶體的損失，
故答案為：減少M(fèi)nSO₄•H₂O晶體的損失；
（7）質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%，說明了硫酸錳晶體中可能混有硫酸鹽雜質(zhì)或部分晶體失去結(jié)晶水，故答案為：混有硫酸鹽雜質(zhì)或部分晶體失去結(jié)晶水．

點(diǎn)評 本題考查了硫酸錳晶體的制取，涉及的知識點(diǎn)比較多，可以根據(jù)所學(xué)知識，合理分析得出正確結(jié)論，本題難度中等．