Question

【題目】銥(Ir)和鋨(Os)屬于鉑族金屬，與金、銀合稱貴重金屬，可以用于電氣、精密儀表、催化劑等領域。銥鋨礦的主要成分有Ir、Os、Ir2O3、OsO2，還含有CuO和SiO2等雜質，從銥鋨礦中提取銥(Ir)和鋨(Os)的流程如下：

已知：①高溫融合發生反應的原理類似于鋁熱反應。

②四氧化鋨(OsO4)的熔點為41℃，易揮發、有惡臭和劇毒。

③四氨合二氧氯化鋨([OsO2(NH3)4]Cl2)呈淺黃色，難溶于有機物，微溶于水，能水解。

回答下列問題：

（1）“酸溶I”的目的是_____________________________________；酸溶I后溶渣的主要成分除Ir、Os外，還有_______ (填化學式)。

（2）“氧化揮發”是將溶渣置于300～800 ℃的管式爐內，通入空氣氧化。用NaOH溶液吸收OsO4生成Na2OsO4，該反應的離子方程式為 __________________；當吸收液質量增加59.5 g時，反應轉移電子的數目為 ______。

（3）“沉鋨”時， NH4Cl與Na2OsO4發生反應Na2OsO4 + 4NH4Cl=[OsO2(NH3)4]Cl2↓ + 2NaCl + 2H2O，該過程中NH4Cl需過量，目的是_____________________________ ；生成的鋨鹽要立即過濾，濾餅要經無水乙醇多次洗滌，用無水乙醇洗滌的原因是____。

（4）“殘渣I”的主要成分為Ir、CuO和SiO2。“堿熔”時，Ir與Na2O2反應生成IrO2·nNa2O和O2，該反應的化學方程式為 _______________________。

（5） “沉銅” 過程中，當通入H2S 達到飽和時測得溶液的pH=1，此時溶液中c(Cu2+)為____。[已知:25 ℃下，H2S溶于水形成飽和溶液時，c(H2S)=0.1mol/L；H2S的電離常數，；]

Answer 1

【答案】溶解Al、溶解Al2O3與貴重金屬分離 Cu、SiO2 2OsO4 + 4OH-=2OsO42-+ O2↑+ 2H2O 0.5NA 使鋨元素完全轉化為[OsO2(NH3)4]Cl2沉淀，提高回收率 減少[OsO2(NH3)4]Cl2的損耗，無水乙醇易揮發使固體迅速干燥，防止水解 2Ir+ 2nNa2O22IrO2·nNa2O + (n-2)O2↑ 6×10-17 mol/L

【解析】

銥鋨礦和過量Al高溫融合，發生鋁熱反應后固體混合物的成分為Ir、Os、Cu、Al、Al2O3和SiO2；用鹽酸完全溶解Al和氧化鋁后過濾，所得溶渣為Ir、Os、Cu和SiO2，將溶渣在空氣中高溫氧化揮發，用NaOH溶液吸收OsO4得Na2OsO4溶液，向Na2OsO4溶液中加入過量NH4Cl達到沉鋨目的，經過濾得[OsO2(NH3)4]Cl2，再經還原即可得到鋨粉；同時氧化揮發后的殘渣Ⅰ的主要成分為Ir、CuO和SiO2，用NaOH和Na2O2進行堿溶，其中Ir與Na2O2反應生成IrO2·nNa2O和O2，經水洗過濾后，淺渣Ⅱ為IrO2·nNa2O和CuO，用鹽酸溶解IrO2·nNa2O和CuO后，向溶液中通入過量H2S氣體，利用生成CuS達到沉銅的目的，最后經過濾后，濾液經系列操作可得銥粉，據此分析解題。

(1)“酸溶I”是用鹽酸溶解固體混合物中的Al和Al2O3，達到與貴重金屬銥和鋨分離的目的；Ir、Os、Cu和SiO2均不溶于稀鹽酸，則酸溶I后溶渣的主要成分除Ir、Os外，還有Cu、SiO2；

(2)用NaOH溶液吸收OsO4生成Na2OsO4，Os元素發生了還原反應，則反應中同時有O2生成，結合守恒法，可知發生反應的離子方程式為2OsO4 + 4OH-=2OsO42-+ O2↑+ 2H2O；由反應可知，每溶解2molOsO4生成1molO2，轉移4mol電子，同時溶液增重質量為254g/mol×2mol-32g=476g，則當吸收液質量增加59.5g時，反應轉移電子的數目為×4mol×NAmol-1=0.5NA；

(3)“沉鋨”時， 添加過量NH4Cl，促進反應完全進行，使鋨元素完全轉化為[OsO2(NH3)4]Cl2沉淀，提高回收率；[OsO2(NH3)4]Cl2)難溶于有機物，微溶于水，能水解，則洗滌時應選擇無水乙醇，可減少[OsO2(NH3)4]Cl2的損耗，無水乙醇易揮發使固體迅速干燥，防止水解；

(4)堿熔時，Ir與Na2O2反應生成IrO2·nNa2O和O2，結合守恒法，發生反應的化學方程式為2Ir+ 2nNa2O22IrO2·nNa2O + (n-2)O2↑；

(5)已知H2SHS-+H+，HS-H++S2-，則Ka1×Ka2=，H2S飽和時c(s2-)=mol/L=1×10-19 mol/L，此時溶液中c(Cu2+)為=mol/L=6×10-17 mol/L。