Question

铱(Ir)和锇(Os)属于铂族金属，与金、银合称贵重金属，可以用于电气、精密仪表、催化剂等领域。铱锇矿的主要成分有Ir、Os、Ir₂O₃、OsO₂，还含有CuO和SiO₂等杂质，从铱锇矿中提取铱(Ir)和锇(Os)的流程如下：

已知：①高温融合发生反应的原理类似于铝热反应。

②四氧化锇(OsO₄)的熔点为41℃，易挥发、有恶臭和剧毒。

③四氨合二氧氯化锇([OsO₂(NH₃)₄]Cl₂)呈浅黄色，难溶于有机物，微溶于水，能水解。

回答下列问题：

（1）“酸溶I”的目的是_____________________________________；酸溶I后溶渣的主要成分除Ir、Os外，还有_______ (填化学式)。

（2）“氧化挥发”是将溶渣置于300～800 ℃的管式炉内，通入空气氧化。用NaOH溶液吸收OsO₄生成Na₂OsO₄，该反应的离子方程式为 __________________；当吸收液质量增加59.5 g时，反应转移电子的数目为  ______。

（3）“沉锇”时， NH₄Cl与Na₂OsO₄发生反应Na₂OsO₄ + 4NH₄Cl=[OsO₂(NH₃)₄]Cl₂↓ + 2NaCl + 2H₂O，该过程中NH₄Cl需过量，目的是_____________________________ ；生成的锇盐要立即过滤，滤饼要经无水乙醇多次洗涤，用无水乙醇洗涤的原因是____。

（4）“残渣I”的主要成分为Ir、CuO和SiO₂。“碱熔”时，Ir与Na₂O₂反应生成IrO₂·nNa₂O和O₂，该反应的化学方程式为 _______________________。

（5） “沉铜” 过程中，当通入H₂S 达到饱和时测得溶液的pH=1，此时溶液中c(Cu²⁺)为____。[已知:25 ℃下，H₂S溶于水形成饱和溶液时，c(H₂S)=0.1mol/L；H₂S的电离常数，；]

Answer

溶解Al、溶解Al2O3与贵重金属分离 Cu、SiO2 2OsO4 + 4OH-=2OsO42-+ O2↑+ 2H2O 0.5NA 使锇元素完全转化为[OsO2(NH3)4]Cl2沉淀，提高回收率 减少[OsO2(NH3)4]Cl2的损耗，无水乙醇易挥发使固体迅速干燥，防止水解 2Ir+ 2nNa2O22IrO2·nNa2O + (n-2)O2↑ 6×10-17 mol/L

【解析】

铱锇矿和过量Al高温融合，发生铝热反应后固体混合物的成分为Ir、Os、Cu、Al、Al2O3和SiO2；用盐酸完全溶解Al和氧化铝后过滤，所得溶渣为Ir、Os、Cu和SiO2，将溶渣在空气中高温氧化挥发，用NaOH溶液吸收OsO4得Na2OsO4溶液，向Na2OsO4溶液中加入过量NH4Cl达到沉锇目的，经过滤得[OsO2(NH3)4]Cl2，再经还原即可得到锇粉；同时氧化挥发后的残渣Ⅰ的主要成分为Ir、CuO和SiO2，用NaOH和Na2O2进行碱溶，其中Ir与Na2O2反应生成IrO2·nNa2O和O2，经水洗过滤后，浅渣Ⅱ为IrO2·nNa2O和CuO，用盐酸溶解IrO2·nNa2O和CuO后，向溶液中通入过量H2S气体，利用生成CuS达到沉铜的目的，最后经过滤后，滤液经系列操作可得铱粉，据此分析解题。

(1)“酸溶I”是用盐酸溶解固体混合物中的Al和Al2O3，达到与贵重金属铱和锇分离的目的；Ir、Os、Cu和SiO2均不溶于稀盐酸，则酸溶I后溶渣的主要成分除Ir、Os外，还有Cu、SiO2；

(2)用NaOH溶液吸收OsO4生成Na2OsO4，Os元素发生了还原反应，则反应中同时有O2生成，结合守恒法，可知发生反应的离子方程式为2OsO4 + 4OH-=2OsO42-+ O2↑+ 2H2O；由反应可知，每溶解2molOsO4生成1molO2，转移4mol电子，同时溶液增重质量为254g/mol×2mol-32g=476g，则当吸收液质量增加59.5g时，反应转移电子的数目为×4mol×NAmol-1=0.5NA；

(3)“沉锇”时， 添加过量NH4Cl，促进反应完全进行，使锇元素完全转化为[OsO2(NH3)4]Cl2沉淀，提高回收率；[OsO2(NH3)4]Cl2)难溶于有机物，微溶于水，能水解，则洗涤时应选择无水乙醇，可减少[OsO2(NH3)4]Cl2的损耗，无水乙醇易挥发使固体迅速干燥，防止水解；

(4)碱熔时，Ir与Na2O2反应生成IrO2·nNa2O和O2，结合守恒法，发生反应的化学方程式为2Ir+ 2nNa2O22IrO2·nNa2O + (n-2)O2↑；

(5)已知H2S⇌HS-+H+，HS-⇌H++S2-，则Ka1×Ka2=，H2S饱和时c(s2-)=mol/L=1×10-19 mol/L，此时溶液中c(Cu2+)为=mol/L=6×10-17 mol/L。