Question

15．輝銅礦是一種重要的銅礦石，主要含有硫化亞銅（Cu₂S），還有Fe₂0₃、Si0₂及一些不溶性雜質．一種以輝銅礦石為原料制備硝酸銅晶體的工藝流程如下：

已知：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計算）．

離子	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe3+	1.1	3.2
Mn2+	8.3	9.8
Cu2+	4.4	6.4

回答下列問題：
（1）浸取后得到的浸出液中含有CuSO₄、MnSO₄．寫出浸取時產生CuSO₄、MnSO₄反應的化學方程式2MnO₂+Cu₂S+4H₂SO₄=S↓+2CuSO₄+2MnSO₄+4H₂O．
（2）調節pH的目的是鐵離子轉化成氫氧化鐵完全沉淀，pH的調節范圍為3.2≤pH＜4.4．
（3）生成MnC0₃沉淀的離子方程式為Mn²⁺+NH₃+HCO₃^-=MnCO₃↓+NH₄⁺．
（4）操作A為蒸發濃縮、冷卻結晶．
（5）由輝銅礦制取銅的反應過程可以表示為：
2Cu₂S（s）+30₂ （g）═2Cu₂0（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ．mol^-l
2Cu₂0（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+S0₂（g）△H=+116．O kJ．mol^-l
則由Cu2S與0₂加熱反應生成Cu的熱化學方程式為Cu₂S（s）+0₂（g）═2Cu（s）+SO₂（g）△H=-217.4kJ．mol^-l．
（6）若用含85% Cu₂S的輝銅礦來制備無水Cu（N0₃）₂．假設浸取率為95%，調節pH時損失Cu 3%，蒸氨過程中有5%未轉化為Cu0，其它過程中無損耗，則1.0kg這樣的輝銅礦最多能制備1.75kg無水Cu（N0₃）₂．

Answer 1

分析 輝銅礦主要含有硫化亞銅（Cu₂S），還有Fe₂0₃、Si0₂及一些不溶性雜質，加入硫酸溶液及二氧化錳溶解浸取過濾，過濾得濾渣，萃取回收硫單質；在濾液中調節溶液的pH值，使鐵離子沉淀而除去，所以沉淀M為氫氧化鐵，過濾在濾液中加碳酸氫銨和氨氣得碳酸錳沉淀，將濾液進行蒸氨、過濾得氧化銅，氧化銅中加入硝酸，經過蒸發濃縮、降溫結晶得到硝酸銅晶體，
（1）反應物是二氧化錳、硫化銅和硫酸，生成物是S、硫酸銅、硫酸錳，根據化合價升降相等配平；
（2）調節pH使鐵離子沉淀，根據表中數據使鐵離子溶液完全且不使銅離子沉淀判斷pH值；
（3）錳離子與碳酸氫根離子在氨水中生成碳酸錳沉淀和銨根離子；
（4）根據上面的分析可知，操作A是從硝酸銅溶液中獲得硝酸銅晶體，注意硝酸銅是受熱能分解的物質，據此答題；
（5）根據反應①2Cu₂S（s）+30₂ （g）═2Cu₂0（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ．mol^-l，②2Cu₂0（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+S0₂（g）△H=+116．O kJ．mol^-l，利用蓋斯定律可知，將（①+②）÷3即得Cu₂S與0₂加熱反應生成Cu的熱化學方程式；
（6）根據銅元素守恒可計算出Cu（N0₃）₂的質量；

解答 解：輝銅礦主要含有硫化亞銅（Cu₂S），還有Fe₂0₃、Si0₂及一些不溶性雜質，加入硫酸溶液及二氧化錳溶解浸取過濾，過濾得濾渣，萃取回收硫單質；在濾液中調節溶液的pH值，使鐵離子沉淀而除去，所以沉淀M為氫氧化鐵，過濾在濾液中加碳酸氫銨和氨氣得碳酸錳沉淀，將濾液進行蒸氨、過濾得氧化銅，氧化銅中加入硝酸，經過蒸發濃縮、降溫結晶得到硝酸銅晶體，
（1）反應物是二氧化錳、硫化銅和硫酸，生成物是S、硫酸銅、硫酸錳，反應方程式為2MnO₂+Cu₂S+4H₂SO₄=S↓+2CuSO₄+2MnSO₄+4H₂O，
故答案為：2MnO₂+Cu₂S+4H₂SO₄=S↓+2CuSO₄+2MnSO₄+4H₂O；
（2）調節pH使鐵離子轉化成氫氧化鐵完全沉淀，根據表中數據使鐵離子溶液完全3.2≤pH，且不使銅離子沉淀pH＜4.4，所以pH值范圍為3.2≤pH＜4.4，
故答案為：鐵離子轉化成氫氧化鐵完全沉淀；3.2≤pH＜4.4；
（3）錳離子與碳酸氫根離子在氨水中生成碳酸錳沉淀和銨根離子，反應的離子方程式為Mn²⁺+NH₃+HCO₃^-=MnCO₃↓+NH₄⁺，
故答案為：Mn²⁺+NH₃+HCO₃^-=MnCO₃↓+NH₄⁺；
（4）根據上面的分析可知，操作A是從硝酸銅溶液中獲得硝酸銅晶體，注意硝酸銅是受熱能分解的物質，所以操作A為蒸發濃縮、冷卻結晶，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（5）根據反應①2Cu₂S（s）+30₂ （g）═2Cu₂0（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ．mol^-l，②2Cu₂0（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+S0₂（g）△H=+116．O kJ．mol^-l，利用蓋斯定律可知，將（①+②）÷3即得Cu₂S與0₂加熱反應生成Cu的熱化學方程式為Cu₂S（s）+0₂ （g）═2Cu（s）+SO₂（g）△H=-217.4kJ．mol^-l ，
故答案為：Cu₂S（s）+0₂ （g）═2Cu（s）+SO₂（g）△H=-217.4kJ．mol^-l；
（6）1.0kg這樣的輝銅礦含有Cu₂S的質量為85%×1.0kg，根據銅元素守恒可知，能生成Cu（N0₃）₂的質量為：1.0kg×85%×95%×（1-3%）×（1-5%）×$\frac{188×2}{160}$=1.75kg，
故答案為：1.75．

點評 本題考查了物質分離提純的方法和流程判斷，主要是物質性質的理解應用和實驗基本操作，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．