Question

铜及其化合物在工业生产上有许多用途。某工厂以辉铜矿(主要成分为Cu₂S，含少量Fe₂O₃、SiO₂等杂质)为原料制备不溶于水的碱式碳酸铜的流程如下：

已知：

①常温下几种物质开始形成沉淀与完全沉淀时的pH如下表

金属离子	Fe^2^＋	Fe^3^＋	Cu^2^＋	Mn^2^＋
开始沉淀	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遇酸时会生成S

(1)加快“浸取”速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有__________(任写一种)。

(2)滤渣I中的主要成分是______________。

(3)常温下“除铁”时加入的试剂A可用CuO等，调节pH调的范围为_______，请用离子方程式表示用CuO“除铁”时所发生的反应__，若加A调节溶液pH后溶液中Fe^3＋的浓度为2.0×10^－9mol/L，则pH为__。

(4)写出“沉锰”(除Mn^2＋)过程中反应的离子方程式：_________________________。

(5)Na₂CO₃溶液浸泡重晶石(假设杂质不与Na₂CO₃反应)，能将BaSO₄转化为BaCO₃，此反应的平衡常数K= ________(填写计算结果)；若不考虑CO₃^2－的水解，要使46.6g BaSO₄恰好完全转化为BaCO₃，则至少需要浓度为1mol·L^－1Na₂CO₃溶液 ____mL。(已知：K_sp(BaSO₄)=1.0×10^-10、K_sp(BaCO₃)=5.0×10^-9)

Answer

充分搅拌，将辉铜矿粉碎，加热等 SiO2、S、MnO2 3.7～5.6( 或3.7≤pH<5.6) 3H2O+2 Fe3＋＋3CuO＝2Fe(OH)3+3Cu2＋(或Fe3＋+ 3H2O⇌Fe(OH)3+3H＋ CuO＋2H＋＝Cu2＋+ H2O ) 5 Mn2＋＋HCO3－＋NH3＝MnCO3↓＋NH4＋ 0.02 10200

【解析】

辉铜矿主要成分为Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等杂质，加入稀硫酸和二氧化锰浸取，过滤得到滤渣为MnO2、SiO2、单质S，滤液中含有Fe3+、Mn2+、Cu2+，调节溶液pH除去铁离子，加入碳酸氢铵溶液沉淀锰过滤得到滤液赶出氨气循环使用，得到碱式碳酸铜；据此分析解答本题。

(1)酸浸时，通过充分搅拌、将辉铜矿粉碎、加热等可以提高浸取速率；

(2)“浸取”时：Cu2S遇酸时会生成S，在硫酸酸性条件下MnO2氧化Cu2S得到CuSO4和MnSO4，Fe2O3和硫酸反应生成硫酸铁，SiO2不溶于硫酸，所以滤渣I中的主要成分是SiO2、S、MnO2；

(3)“除铁”主要是除去溶液中Fe3+，根据题干表格可知，若要使Fe3+完全沉淀而不沉淀Cu2+，溶液的pH范围为：3.7～5.6或3.7≤pH<5.6；加入CuO消耗氢离子，促进铁离子水解为氢氧化铁沉淀，“除铁”时所发生的反应3H2O+2Fe3＋＋3CuO＝2Fe(OH)3+3Cu2＋，若加A调节溶液pH后溶液中Fe3＋的浓度为2.0×10－9mol/L，2.0×10－36，，pH=5。

(4)“沉锰”(除Mn2+)过程中，加入碳酸氢铵和氨气，生成碳酸锰沉淀，反应的离子方程式为：Mn2＋＋HCO3－＋NH3＝MnCO3↓＋NH4＋；

(5)Na2CO3和BaSO4转化为BaCO3的离子方程式是CO32-+BaSO4=BaCO3+ SO42-，平衡常数K= ；要使46.6g BaSO4恰好完全转化为BaCO3，生成0.2mol SO42-，则消耗0.2mol CO32-，根据溶液中 ，则溶液中CO32-的物质的量是10mol，设需要浓度为1mol·L－1Na2CO3溶液的体积是V，V×1-0.2=10，V=10.2L=10200mL。