Question

20．輝銅礦主要成分Cu₂S，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質，軟錳礦主要含有MnO₂，以及少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質．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．主要工藝流程如下：

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．寫出該反應的化學方程式：Cu₂S+2MnO₂+4H₂SO₄=2CuSO₄+2 MnSO₄+S↓+4H₂O．
（4）調節(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)使用的物質是NH₃（寫化學式）．
（6）獲得的MnSO₄•H₂O晶體需要進一步洗滌、干燥，洗滌時應用酒精洗滌．
（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，完全反應后得到了4.66g沉淀，則此樣品的純度為96.57%．

Answer 1

分析 由流程可知輝銅礦軟錳礦加入硫酸酸浸過濾得到浸出液調節(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硫，生成物是CuSO₄、MnSO₄、S，反應物是硫酸、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)使用的物質是氨氣；
（6）MnSO₄•H₂O晶體在酒精中溶解度�。�
（7）依據(jù)滴定反應生成的沉淀為硫酸鋇，結合元素守恒計算得到樣品純度；

解答 解：（1）配制一定物質的量濃度的溶液，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，還可以適當升高溫度或者攪拌提高浸取率，
故答案為：粉碎礦石、適當升高溫度或者攪拌；
（3）根據(jù)信息，MnO₂能將金屬硫化物中的硫氧化為單質硫，反應物是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；反應的化學方程式是：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，完全反應后得到了4.66g沉淀，為硫酸鋇物質的量=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.02mol，n（MnSO₄•H₂O）=n（BaSO₄）=0.02mol，則此樣品中MnSO₄•H₂O物質的量為：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 本題考查了硫酸錳晶體的制取，涉及的知識點比較多，可以根據(jù)所學知識，合理分析得出正確結論，本題難度中等．