Question

18．輝銅礦主要成分為Cu₂S，軟錳礦主要成分為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圖：

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范圍如下表所示（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol•L^-1計(jì)算）：

	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Mn 2+	8.3	9.8
Cu 2+	4.4	6.4

（1）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施有粉碎礦石、升高溫度（或適當(dāng)增加酸的濃度或攪拌）（任寫一點(diǎn)）；
（2）調(diào)節(jié)浸出液pH的范圍為3.2≤PH＜4.4，其目的是使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀而除去；
（3）本工藝中可循環(huán)使用的物質(zhì)是NH₃（寫化學(xué)式）．
（4）在該工藝的“加熱驅(qū)氨”環(huán)節(jié)，若加熱的溫度較低或過高，都將造成堿式碳酸銅產(chǎn)量減少的結(jié)果；
（5）碳酸錳在一定條件下可得硫酸錳溶液，試根據(jù)如下曲線圖示圖，現(xiàn)由硫酸錳溶液制備MnSO₄•H₂O的實(shí)驗(yàn)方案為蒸發(fā)、結(jié)晶溫度高于40℃，趁熱過濾，用酒精洗滌，低溫干燥．

（6）用標(biāo)準(zhǔn)BaCl₂溶液測定樣品中MnSO₄•H₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)樣品純度大于100%（測定過程中產(chǎn)生的誤差可忽略），其可能原因有混有硫酸鹽雜質(zhì)或者部分晶體失去結(jié)晶水（任寫一種）．

Answer 1

分析 輝銅礦主要成分為Cu₂S，軟錳礦主要成分MnO₂，都含少量Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，加入稀硫酸浸取，過濾得到SiO₂、單質(zhì)S，濾液中含有Fe³⁺、Mn²⁺、Cu²⁺，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵過濾除去，不會引入新雜質(zhì)，濾液中加入碳酸氫銨和氨水，使錳離子轉(zhuǎn)化為碳酸錳，碳酸錳再與硫酸反應(yīng)，經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶得到硫酸錳晶體．過濾得到濾液趕出的氨氣可以循環(huán)使用，同時(shí)得到堿式碳酸銅．
（1）礦石顆粒大小影響反應(yīng)速率，溫度升高反應(yīng)加快，攪拌也可以提高浸取率；
（2）調(diào)節(jié)溶液pH目的是除去Fe³⁺離子，Cu²⁺、Mn²⁺不能沉淀；
（3）氨氣可以循環(huán)利用；
（4）溫度過高，堿式碳酸銅為分解，溫度過低，會有較多的[Cu（NH₃）₄]SO₄存在；
（5）低于40℃結(jié)晶析出MnSO₄．5H₂O，高于40℃結(jié)晶析出MnSO₄．H₂O，趁熱過濾，用酒精洗滌，減少溶解損失，在低溫下干燥，防止失去結(jié)晶水；
（6）可能洗滌不干凈，混有硫酸鹽，或者部分晶體失去結(jié)晶水等．

解答 解：輝銅礦主要成分為Cu₂S，軟錳礦主要成分MnO₂，都含少量Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，加入稀硫酸浸取，過濾得到SiO₂、單質(zhì)S，濾液中含有Fe³⁺、Mn²⁺、Cu²⁺，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵過濾除去，不會引入新雜質(zhì)，濾液中加入碳酸氫銨和氨水，使錳離子轉(zhuǎn)化為碳酸錳，碳酸錳再與硫酸反應(yīng)，經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶得到硫酸錳晶體．過濾得到濾液趕出的氨氣可以循環(huán)使用，同時(shí)得到堿式碳酸銅．
（1）酸浸時(shí)，通過粉碎礦石或者升高溫度或者進(jìn)行攪拌或都增加酸的濃度，都可以提高浸取速率，
故答案為：粉碎礦石、升高溫度（或適當(dāng)增加酸的濃度或攪拌）；
（2）調(diào)節(jié)溶液pH目的是使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀而除去，Cu²⁺、Mn²⁺不能沉淀，可以用氨水，不會引入新雜質(zhì)，要除去濾液中的Fe³⁺離子，溶液pH=3.2使Fe³⁺離子完全沉淀，溶液pH=4.4時(shí)銅離子開始沉淀，故pH范圍是3.2≤pH＜4.4，
故答案為：3.2≤PH＜4.4；使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀而除去；
（3）由上述分析可知，NH₃可以循環(huán)利用，
故答案為：NH₃；
（4）溫度過高，堿式碳酸銅為分解，溫度過低，會有較多的[Cu（NH₃）₄]SO₄存在，都將造成堿式碳酸銅產(chǎn)量減少，
故答案為：堿式碳酸銅產(chǎn)量減少；
（5）低于40℃結(jié)晶析出MnSO₄．5H₂O，高于40℃結(jié)晶析出MnSO₄．H₂O，由硫酸錳溶液制備MnSO₄•H₂O的實(shí)驗(yàn)方案為：蒸發(fā)、結(jié)晶溫度高于40℃，趁熱過濾，用酒精洗滌，低溫干燥，
故答案為：蒸發(fā)、結(jié)晶溫度高于40℃，趁熱過濾，用酒精洗滌，低溫干燥；
（6）可能洗滌不干凈，混有硫酸鹽雜質(zhì)，或者部分晶體失去結(jié)晶水等，導(dǎo)致樣品純度大于100%，
故答案為：混有硫酸鹽雜質(zhì)或者部分晶體失去結(jié)晶水．

點(diǎn)評 本題屬于化學(xué)工藝流程題目，以物質(zhì)制備為載體，考查物質(zhì)分離提純、實(shí)驗(yàn)條件控制、信息提取與遷移運(yùn)用，關(guān)鍵是理解工藝流程，較好的考查學(xué)生分析能力、化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，難度中等．