Question

10．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，制備硫酸錳晶體和堿式碳酸銅．主要工藝流程如圖：

已知：
①MnO₂有較強的氧化性，能將金屬硫化物中的硫氧化為單質(zhì)硫；
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
④MnSO₄•H₂O溶于1份冷水、0.6份沸水，不溶于乙醇．
（1）實驗室配制250mL 4.8mol•L^-1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，為了提高浸取率可采取的措施有粉碎礦石、適當(dāng)升高溫度或者攪拌（任寫一點）．
（3）酸浸時，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+2 MnSO₄+S↓+4H₂O．
（4）調(diào)節(jié)浸出液pH=4的作用是使Fe³⁺完全水解生成氫氧化鐵沉淀．
（5）本工藝中可循環(huán)使用的物質(zhì)是NH₃（寫化學(xué)式）．
（6）獲得的MnSO₄•H₂O晶體需要進一步洗滌、干燥，洗滌時應(yīng)用酒精洗滌．
（7）測定MnSO₄•H₂O樣品的純度：準確稱取樣品14.00g，加蒸餾水配成100mL溶液，取出25.00mL用標準的BaCl₂溶液測定，完全反應(yīng)后得到了4.66g沉淀，則此樣品的純度為96.57%．

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��；
（7）依據(jù)滴定反應(yīng)生成的沉淀為硫酸鋇，結(jié)合元素守恒計算得到樣品純度．

解答 解：酸浸過程中，二氧化硅不反應(yīng)，分離出來，Cu₂S反應(yīng)生成S單質(zhì)，F(xiàn)e₂O₃溶解成溶液，pH值控制在4時，F(xiàn)e³⁺沉淀，過濾得到的濾液成分應(yīng)為CuSO₄和MnSO₄等，加熱趕氫過后，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、過濾洗滌等操作即可得到硫酸錳晶體，
（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，化合價變化是：（1×2+2×1）=4；Mn元素化合價變化是：4-2=2，所以二氧化錳化學(xué)計量數(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⁺完全水解生成氫氧化鐵沉淀；
（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）獲得的MnSO₄•H₂O晶體需要進一步洗滌、干燥，洗滌時應(yīng)用酒精，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MnSO₄•H₂O晶體的損失，
故答案為：酒精；
（7）測定MnSO₄•H₂O樣品的純度：準確稱取樣品14.00g，加蒸餾水配成100mL溶液，取出25.00mL用標準的BaCl₂溶液測定，完全反應(yīng)后得到了4.66g沉淀為硫酸鋇，其物質(zhì)的量為：n（BaSO₄）=n（SO₄^2-）=n（MnSO₄•H₂O）=$\frac{4.66}{233}$mol=0.02mol，則此樣品中MnSO₄•H₂O物質(zhì)的量為：0.02mol×$\frac{100}{25}$=0.08mol，則樣品中MnSO₄•H₂O的純度=$\frac{0.08mol×169g/mol}{14.00g}$×100%=96.57%；
故答案為：96.57%．

點評 本題考查了制備方案的設(shè)計，題目難度中等，根據(jù)工藝流程明確實驗原理為解答關(guān)鍵，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>