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：

①MnO2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，在熱水中會分解生成NH3；

③MnSO4·H2O易溶于冷水，不溶于酒精;

④部分金屬陽離子氫氧化物的（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L-1計算：當離子濃度小于1.0×10-5時，認為該離子沉淀完全。):

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，得到的浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等。寫出該反應的化學方程式_________________________________。

（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)，溫度不能過低也不能過高的原因為___。

（4）請根據(jù)如下圖示，將“由碳酸錳經(jīng)一系列操作獲得MnSO4·H2O晶體，并測定純度”的實驗方案補充完整。

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,加足量標準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)。某小組計算發(fā)現(xiàn)本組樣品純度大于100%(測定過程中產(chǎn)生的誤差可忽略)，其可能原因有__(任寫一種)。

Answer 1

【答案】 Cu2S+2MnO2+4H2SO4=2CuSO4+2MnSO4+S↓+4H2O 3<pH<4 NH3 溫度過低，[Cu(NH3)4]SO4分解不完全，溫度過高，會導致Cu2(OH)2CO3分解，這兩種情況均會使堿式碳酸銅產(chǎn)量減少 蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾 用酒精洗滌產(chǎn)品2-3次 96.57% 可能有混有硫酸鹽(相對分子質(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，反應的化學方程式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，應該避免銅的損失，Ksp(Cu(OH)2)=1.0×10-20，當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)，溫度不能過低也不能過高的原因：溫度過低，[Cu(NH3)4]SO4分解不完全，溫度過高，會導致Cu2(OH)2CO3分解，這兩種情況均會使堿式碳酸銅產(chǎn)量減少；正確答案：氨氣；溫度過低，[Cu(NH3)4]SO4分解不完全，溫度過高，會導致Cu2(OH)2CO3分解，這兩種情況均會使堿式碳酸銅產(chǎn)量減少。

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

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% ；用標準氯化鋇溶液測定樣品中MnSO4·5H2O質(zhì)量分數(shù)時，發(fā)現(xiàn)樣品純度大于100%，說明樣品中硫酸根離子質(zhì)量分數(shù)大于MnSO4·5H2O中硫酸根離子質(zhì)量分數(shù)，故只要能增大樣品中硫酸根離子質(zhì)量分數(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(相對分子質(zhì)量小于MnSO4)雜質(zhì)或部分晶體失去結(jié)晶水。