Question

【題目】輝銅礦主要成分Cu2S,軟錳礦主要成分MnO2，它們都含有少量SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)。工業(yè)上綜合利用這兩種礦物制備硫酸錳和堿式碳酸銅的主要工藝流程如下：

已知：

①M(fèi)nO2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，在熱水中會(huì)分解生成NH3；

③MnSO4·H2O易溶于冷水，不溶于酒精;

④部分金屬陽(yáng)離子氫氧化物的（開(kāi)始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L-1計(jì)算：當(dāng)離子濃度小于1.0×10-5時(shí)，認(rèn)為該離子沉淀完全。):

Ksp(Fe(OH)3)=1.0×10-38, Ksp(Cu(OH)2)=1.0×10-20， Ksp(Mn(OH)2)=4.0×10-14

（1）酸浸時(shí)，得到的浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________________________。

（2）調(diào)pH的范圍為____________。

（3）在該工藝中可循環(huán)使用的物質(zhì)是______________；“加熱驅(qū)氨” 環(huán)節(jié)，溫度不能過(guò)低也不能過(guò)高的原因?yàn)?/span>___。

（4）請(qǐng)根據(jù)如下圖示，將“由碳酸錳經(jīng)一系列操作獲得MnSO4·H2O晶體，并測(cè)定純度”的實(shí)驗(yàn)方案補(bǔ)充完整。

①將碳酸錳固體溶于稀硫酸獲得硫酸錳溶液;

②加熱溶液并控制溫度>40℃，_________得到粗產(chǎn)品；

③_______，低溫干燥，可得到較純晶體。

④欲測(cè)定該品體的純度，取14.00g晶體加蒸餾水配成100mL溶液，量取25.00mL,加足量標(biāo)準(zhǔn)BaCl2溶液，得到沉淀4.66g，則此樣品的純度為___(保留四位有效數(shù)字)。某小組計(jì)算發(fā)現(xiàn)本組樣品純度大于100%(測(cè)定過(guò)程中產(chǎn)生的誤差可忽略)，其可能原因有__(任寫一種)。

Answer 1

【答案】 Cu2S+2MnO2+4H2SO4=2CuSO4+2MnSO4+S↓+4H2O 3<pH<4 NH3 溫度過(guò)低，[Cu(NH3)4]SO4分解不完全，溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致Cu2(OH)2CO3分解，這兩種情況均會(huì)使堿式碳酸銅產(chǎn)量減少 蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過(guò)濾 用酒精洗滌產(chǎn)品2-3次 96.57% 可能有混有硫酸鹽(相對(duì)分子質(zhì)量小于MnSO4)雜質(zhì)或部分晶體失去結(jié)晶水。

【解析】（1）根據(jù)題給信息：MnO2能將金屬硫化物中的硫氧化為單質(zhì)硫；Cu2S和MnO2與硫酸混合后生成硫酸銅、硫酸錳、單質(zhì)硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式Cu2S+2MnO2+4H2SO4=2CuSO4+2MnSO4+S↓+4H2O；正確答案： Cu2S+2MnO2+4H2SO4=2CuSO4+2MnSO4+S↓+4H2O。

（2）調(diào)節(jié)pH的作用是使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去；Ksp(Fe(OH)3)=1.0×10-38,當(dāng)c(Fe3+)=1.0×10-5 mol·L-1, c（OH-）=10-11 mol·L-1，c（H+）=10-3 mol·L-1，pH=3；考慮到堿式碳酸銅產(chǎn)量，應(yīng)該避免銅的損失，Ksp(Cu(OH)2)=1.0×10-20，當(dāng)c(Cu2+)=1.0 mol·L-1，c（OH-）=10-10， c（H+）=10-4 mol·L-1，pH=4；所以調(diào)pH的范圍為3<pH<4；正確答案：3<pH<4。

（3）分析工藝流程投入反應(yīng)物和產(chǎn)物，產(chǎn)物氨氣可以溶入水中形成氨水再投入循環(huán)使用，故可循環(huán)使用的物質(zhì)為氨氣； “加熱驅(qū)氨” 環(huán)節(jié)，溫度不能過(guò)低也不能過(guò)高的原因：溫度過(guò)低，[Cu(NH3)4]SO4分解不完全，溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致Cu2(OH)2CO3分解，這兩種情況均會(huì)使堿式碳酸銅產(chǎn)量減少；正確答案：氨氣；溫度過(guò)低，[Cu(NH3)4]SO4分解不完全，溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致Cu2(OH)2CO3分解，這兩種情況均會(huì)使堿式碳酸銅產(chǎn)量減少。

(4)②由曲線圖知當(dāng)溫度低于40℃時(shí)析出MnSO4·5H2O晶體，高于40℃時(shí)析出MnSO4·5H2O晶體，因此硫酸錳溶液制備MnSO4·5H2O的實(shí)驗(yàn)必須保證溶液溫度高于40℃；然后通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過(guò)濾，得到粗產(chǎn)品；正確答案: 蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過(guò)濾。

③為減少產(chǎn)品的損失，用酒精洗滌產(chǎn)品2-3次，低溫干燥，可得到較純晶體；正確答案：用酒精洗滌產(chǎn)品2-3次。

④硫酸鋇的量為4.66/233=0.02mol，硫酸根離子的總量為0.02mol，原晶體中含有的硫酸根離子的總量為0.02×100/25=0.08mol，硫酸錳晶體的質(zhì)量為0.08×169g， 則此樣品的純度為0.08×169/14×100%=96.57% ；用標(biāo)準(zhǔn)氯化鋇溶液測(cè)定樣品中MnSO4·5H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)樣品純度大于100%，說(shuō)明樣品中硫酸根離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于MnSO4·5H2O中硫酸根離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，故只要能增大樣品中硫酸根離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原因均合理，則可能原因是樣品中混有硫酸鹽雜質(zhì)或部分晶體失去結(jié)晶水；正確答案：96.57% ；可能有混有硫酸鹽(相對(duì)分子質(zhì)量小于MnSO4)雜質(zhì)或部分晶體失去結(jié)晶水。