Question

【題目】銅及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)上有許多用途。某工廠以輝銅礦(主要成分為Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等雜質(zhì))為原料制備不溶于水的堿式碳酸銅的流程如下：

已知：

①常溫下幾種物質(zhì)開始形成沉淀與完全沉淀時的pH如下表

金屬離子	Fe2＋	Fe3＋	Cu2＋	Mn2＋
開始沉淀	7.5	2.7	5.6	8.3
完全沉淀	9.0	3.7	6.7	9.8

②Ksp[Fe(OH)3]＝2.0×10－36

③Cu2S遇酸時會生成S

(1)加快“浸取”速率，除適當(dāng)增加硫酸濃度外，還可采取的措施有__________(任寫一種)。

(2)濾渣I中的主要成分是______________。

(3)常溫下“除鐵”時加入的試劑A可用CuO等，調(diào)節(jié)pH調(diào)的范圍為_______，請用離子方程式表示用CuO“除鐵”時所發(fā)生的反應(yīng)__，若加A調(diào)節(jié)溶液pH后溶液中Fe3＋的濃度為2.0×10－9mol/L，則pH為__。

(4)寫出“沉錳”(除Mn2＋)過程中反應(yīng)的離子方程式：_________________________。

(5)Na2CO3溶液浸泡重晶石(假設(shè)雜質(zhì)不與Na2CO3反應(yīng))，能將BaSO4轉(zhuǎn)化為BaCO3，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K= ________(填寫計算結(jié)果)；若不考慮CO32－的水解，要使46.6g BaSO4恰好完全轉(zhuǎn)化為BaCO3，則至少需要濃度為1mol·L－1Na2CO3溶液 ____mL。(已知：Ksp(BaSO4)=1.0×10-10、Ksp(BaCO3)=5.0×10-9)

Answer 1

【答案】充分攪拌，將輝銅礦粉碎，加熱等 SiO2、S、MnO2 3.7～5.6( 或3.7≤pH<5.6) 3H2O+2 Fe3＋＋3CuO＝2Fe(OH)3+3Cu2＋(或Fe3＋+ 3H2OFe(OH)3+3H＋ CuO＋2H＋＝Cu2＋+ H2O ) 5 Mn2＋＋HCO3－＋NH3＝MnCO3↓＋NH4＋ 0.02 10200

【解析】

輝銅礦主要成分為Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等雜質(zhì)，加入稀硫酸和二氧化錳浸取，過濾得到濾渣為MnO2、SiO2、單質(zhì)S，濾液中含有Fe3+、Mn2+、Cu2+，調(diào)節(jié)溶液pH除去鐵離子，加入碳酸氫銨溶液沉淀錳過濾得到濾液趕出氨氣循環(huán)使用，得到堿式碳酸銅；據(jù)此分析解答本題。

(1)酸浸時，通過充分攪拌、將輝銅礦粉碎、加熱等可以提高浸取速率；

(2)“浸取”時：Cu2S遇酸時會生成S，在硫酸酸性條件下MnO2氧化Cu2S得到CuSO4和MnSO4，Fe2O3和硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵，SiO2不溶于硫酸，所以濾渣I中的主要成分是SiO2、S、MnO2；

(3)“除鐵”主要是除去溶液中Fe3+，根據(jù)題干表格可知，若要使Fe3+完全沉淀而不沉淀Cu2+，溶液的pH范圍為：3.7～5.6或3.7≤pH<5.6；加入CuO消耗氫離子，促進鐵離子水解為氫氧化鐵沉淀，“除鐵”時所發(fā)生的反應(yīng)3H2O+2Fe3＋＋3CuO＝2Fe(OH)3+3Cu2＋，若加A調(diào)節(jié)溶液pH后溶液中Fe3＋的濃度為2.0×10－9mol/L，2.0×10－36，，pH=5。

(4)“沉錳”(除Mn2+)過程中，加入碳酸氫銨和氨氣，生成碳酸錳沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：Mn2＋＋HCO3－＋NH3＝MnCO3↓＋NH4＋；

(5)Na2CO3和BaSO4轉(zhuǎn)化為BaCO3的離子方程式是CO32-+BaSO4=BaCO3+ SO42-，平衡常數(shù)K= ；要使46.6g BaSO4恰好完全轉(zhuǎn)化為BaCO3，生成0.2mol SO42-，則消耗0.2mol CO32-，根據(jù)溶液中 ，則溶液中CO32-的物質(zhì)的量是10mol，設(shè)需要濃度為1mol·L－1Na2CO3溶液的體積是V，V×1-0.2=10，V=10.2L=10200mL。