Question

18．辉铜矿主要成分为Cu₂S，软锰矿主要成分为MnO₂，它们都含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质．工业上综合利用这两种矿物制备硫酸锰和碱式碳酸铜的主要工艺流程如图：

已知：①MnO₂能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫；
②[Cu（NH₃）₄]SO₄常温稳定，在热水中会分解生成NH₃；
③部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L^-1计算）：

	开始沉淀的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）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有粉碎矿石、升高温度（或适当增加酸的浓度或搅拌）（任写一点）；
（2）调节浸出液pH的范围为3.2≤PH＜4.4，其目的是使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀而除去；
（3）本工艺中可循环使用的物质是NH₃（写化学式）．
（4）在该工艺的“加热驱氨”环节，若加热的温度较低或过高，都将造成碱式碳酸铜产量减少的结果；
（5）碳酸锰在一定条件下可得硫酸锰溶液，试根据如下曲线图示图，现由硫酸锰溶液制备MnSO₄•H₂O的实验方案为蒸发、结晶温度高于40℃，趁热过滤，用酒精洗涤，低温干燥．

（6）用标准BaCl₂溶液测定样品中MnSO₄•H₂O质量分数时，发现样品纯度大于100%（测定过程中产生的误差可忽略），其可能原因有混有硫酸盐杂质或者部分晶体失去结晶水（任写一种）．

Answer 1

分析 辉铜矿主要成分为Cu₂S，软锰矿主要成分MnO₂，都含少量Fe₂O₃、SiO₂等杂质，加入稀硫酸浸取，过滤得到SiO₂、单质S，滤液中含有Fe³⁺、Mn²⁺、Cu²⁺，用氨水调节溶液pH使铁离子转化为氢氧化铁过滤除去，不会引入新杂质，滤液中加入碳酸氢铵和氨水，使锰离子转化为碳酸锰，碳酸锰再与硫酸反应，经过蒸发结晶得到硫酸锰晶体．过滤得到滤液赶出的氨气可以循环使用，同时得到碱式碳酸铜．
（1）矿石颗粒大小影响反应速率，温度升高反应加快，搅拌也可以提高浸取率；
（2）调节溶液pH目的是除去Fe³⁺离子，Cu²⁺、Mn²⁺不能沉淀；
（3）氨气可以循环利用；
（4）温度过高，碱式碳酸铜为分解，温度过低，会有较多的[Cu（NH₃）₄]SO₄存在；
（5）低于40℃结晶析出MnSO₄．5H₂O，高于40℃结晶析出MnSO₄．H₂O，趁热过滤，用酒精洗涤，减少溶解损失，在低温下干燥，防止失去结晶水；
（6）可能洗涤不干净，混有硫酸盐，或者部分晶体失去结晶水等．

解答 解：辉铜矿主要成分为Cu₂S，软锰矿主要成分MnO₂，都含少量Fe₂O₃、SiO₂等杂质，加入稀硫酸浸取，过滤得到SiO₂、单质S，滤液中含有Fe³⁺、Mn²⁺、Cu²⁺，用氨水调节溶液pH使铁离子转化为氢氧化铁过滤除去，不会引入新杂质，滤液中加入碳酸氢铵和氨水，使锰离子转化为碳酸锰，碳酸锰再与硫酸反应，经过蒸发结晶得到硫酸锰晶体．过滤得到滤液赶出的氨气可以循环使用，同时得到碱式碳酸铜．
（1）酸浸时，通过粉碎矿石或者升高温度或者进行搅拌或都增加酸的浓度，都可以提高浸取速率，
故答案为：粉碎矿石、升高温度（或适当增加酸的浓度或搅拌）；
（2）调节溶液pH目的是使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀而除去，Cu²⁺、Mn²⁺不能沉淀，可以用氨水，不会引入新杂质，要除去滤液中的Fe³⁺离子，溶液pH=3.2使Fe³⁺离子完全沉淀，溶液pH=4.4时铜离子开始沉淀，故pH范围是3.2≤pH＜4.4，
故答案为：3.2≤PH＜4.4；使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀而除去；
（3）由上述分析可知，NH₃可以循环利用，
故答案为：NH₃；
（4）温度过高，碱式碳酸铜为分解，温度过低，会有较多的[Cu（NH₃）₄]SO₄存在，都将造成碱式碳酸铜产量减少，
故答案为：碱式碳酸铜产量减少；
（5）低于40℃结晶析出MnSO₄．5H₂O，高于40℃结晶析出MnSO₄．H₂O，由硫酸锰溶液制备MnSO₄•H₂O的实验方案为：蒸发、结晶温度高于40℃，趁热过滤，用酒精洗涤，低温干燥，
故答案为：蒸发、结晶温度高于40℃，趁热过滤，用酒精洗涤，低温干燥；
（6）可能洗涤不干净，混有硫酸盐杂质，或者部分晶体失去结晶水等，导致样品纯度大于100%，
故答案为：混有硫酸盐杂质或者部分晶体失去结晶水．

点评 本题属于化学工艺流程题目，以物质制备为载体，考查物质分离提纯、实验条件控制、信息提取与迁移运用，关键是理解工艺流程，较好的考查学生分析能力、化学实验能力，难度中等．