Question

11．以黃鐵礦為原料制硫酸會產(chǎn)生大量的廢渣，合理利用廢渣可以減少環(huán)境污染，變廢為寶．工業(yè)上利用廢渣（含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺的硫酸鹽及少量CaO和MgO）制備高檔顏料鐵紅（Fe₂O₃）和回收（NH₄）₂SO₄，具體生產(chǎn)流程如下：

（1）在廢渣溶解操作時，應(yīng)選用D溶解（填字母）．
A．氨水  B．氫氧化鈉溶液   C．鹽酸   D．硫酸
（2）為了提高廢渣的浸取率，可采用的措施有哪些？將廢渣粉碎、加熱、攪拌等（至少寫出兩點(diǎn)）．
（3）物質(zhì)A是一種氧化劑，工業(yè)上最好選用空氣（供選擇使用的有：空氣、Cl₂、MnO₂），其理由是原料易得，成本低，不產(chǎn)生污染，不引入雜質(zhì)．氧化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O．
（4）根據(jù)如圖有關(guān)數(shù)據(jù)，你認(rèn)為工業(yè)上氧化操作時應(yīng)控制的條件（從溫度、pH和氧化時間三方面說明）是：溶液溫度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化時間為4 h左右．

（5）銨黃鐵礬中可能混有的雜質(zhì)有Fe（OH）₃、Ca（OH）₂、Mg（OH）₂、CaSO₄．
（6）銨黃鐵礬的化學(xué)式可表示為（NH₄）_xFe_y（SO₄）_z（OH）_w，其化學(xué)式可通過下列實驗測定：
①稱取一定質(zhì)量的樣品加入稀硝酸充分溶解，將所得溶液轉(zhuǎn)移至容量瓶并配制成100.00mL溶液A．
②量取25.00mL溶液A，加入鹽酸酸化的BaCl₂溶液至沉淀完全，過濾、洗滌、干燥至恒重，得到白色固體9.32g．
③量取25.00mL溶液A，加入足量NaOH溶液，加熱，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體448mL，同時有紅褐色沉淀生成．
④將步驟③所得沉淀過濾、洗滌、灼燒，最終得固體4.80g．
通過計算，可確定銨黃鐵礬的化學(xué)式為（NH₄）₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂．（已知銨黃鐵礬的摩爾質(zhì)量為960g•mol^-1，計算過程中不考慮固體損失和氣體溶解．

Answer 1

分析 廢渣（含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺的硫酸鹽及少量CaO和MgO），將廢渣溶解，溶解時加入的物質(zhì)能溶解廢渣但不能引進(jìn)雜質(zhì)；然后向溶液中加入A，A具有氧化性，能氧化亞鐵離子但不能引進(jìn)新的雜質(zhì)且原料易得、成本低，應(yīng)為空氣中的氧氣，然后向溶液中加入氨水，溶液中硫酸鐵和氨水反應(yīng)生成銨黃鐵礬，同時溶液中鎂離子、鈣離子形成氫氧化鈣、氫氧化鎂、硫酸鈣等會結(jié)晶析出，采用過濾方法分離得到銨黃鐵礬和濾液；將濾液蒸發(fā)濃縮回收硫酸銨；
將銨黃鐵礬溶于水得到溶液，然后向溶液中加入氨水，得到氫氧化亞鐵沉淀，然后過濾得到濾渣，將濾渣加熱得到鐵紅，
（1）溶解廢渣的溶劑能溶解廢渣且不能引進(jìn)新的雜質(zhì)；
（2）提高廢渣的浸取率可以粉粹、攪拌、升溫等措施；
（3）A是氧化劑，具有氧化性，能氧化亞鐵離子，但不能引進(jìn)新的雜質(zhì)且原料易得、成本低；亞鐵離子在酸性溶液中被氧化為鐵離子；
（4）依據(jù)圖象分析，亞鐵離子的氧化率最高是溶液溫度為80℃，pH為1.5；
（5）向溶液中加入氨水，溶液中硫酸鐵和氨水反應(yīng)生成銨黃鐵礬，同時溶液中鎂離子、鈣離子形成氫氧化鈣、氫氧化鎂、硫酸鈣等會結(jié)晶析出；
（6）②9.32g為不溶于鹽酸的硫酸鋇沉淀；
③標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體448mL氣體為氨氣，紅褐色沉淀為氫氧化鐵；
④得到的固體是氧化鐵；
根據(jù)以上分析數(shù)據(jù)及電荷守恒，計算出黃鉀銨鐵礬各種成分的物質(zhì)的量之比，就是黃鉀銨鐵礬的化學(xué)式．

解答 解：（1）溶解廢渣的溶劑能溶解廢渣且不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，氨水和NaOH不溶解CaO和MgO，稀鹽酸能溶解廢渣但引進(jìn)雜質(zhì)，稀硫酸能溶解廢渣且不引進(jìn)新的雜質(zhì)，故選D，
故答案為：D；
（2）為了提高廢渣的浸取率，可采用的措施有：將廢渣粉碎、加熱、攪拌等，
故答案為：將廢渣粉碎、加熱、攪拌等；
（3）A是氧化劑，具有氧化性，能氧化亞鐵離子，但不能引進(jìn)新的雜質(zhì)且原料易得、成本低，氯氣和二氧化錳都具有氧化性，但引進(jìn)新的雜質(zhì)且成本高，所以選取空氣，氧化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：空氣；原料易得，成本低，不產(chǎn)生污染，不引入雜質(zhì)；4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O；
（4）分析圖象可知在80℃時 溶液PH=1.5，此時亞鐵離子的氧化率在90%以上，時間在4h左右，
故答案為：溶液溫度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化時間為4 h左右；
（5）分析可知銨黃鐵礬中可能混有的雜質(zhì)有Fe（OH）₃、Ca（OH）₂、Mg（OH）₂、CaSO₄，
故答案為：Ca（OH）₂、Mg（OH）₂、CaSO₄；   
（6）②的沉淀為硫酸鋇，硫酸鋇的物質(zhì)的量就等于溶液中硫酸根的物質(zhì)的量：n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）=$\frac{9.32g}{233g/mol}$=0.04 mol
③所得氣體為氨氣，溶液中銨離子物質(zhì)的量就等于氨氣的物質(zhì)的量：n（NH₄⁺）=n（NH₃）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02 mol
④最終得到的固體是氧化鐵，根據(jù)鐵原子守恒，溶液中的鐵離子物質(zhì)的量為：n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）=2×$\frac{4.80g}{160g/mol}$=0.06 mol
黃鉀銨鐵礬[（NH₄）_xFe_y（SO₄）_z（OH）_w]中，n（NH₄⁺）=0.02 mol，
根據(jù)電荷守恒：n（OH^-）=n（NH₄⁺）+3n（Fe³⁺）-2n（SO₄^2-）=0.12 mol
n（NH₄⁺）：n（Fe³⁺）：n（SO₄^2-）：n（OH^-）=2：6：4：12
黃鉀銨鐵礬的化學(xué)式為（NH₄）₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂，
故答案為：（NH₄）₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂；

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)制備、提純、分離方法的綜合應(yīng)用，題目難度中等，本題要注意從實驗?zāi)康暮头蛛x除雜原則考慮，如濾渣溶解時加硫酸而不加鹽酸，因目的是回收（NH₄）₂SO₄，結(jié)合題設(shè)去看流程，不必對流程每一步都弄清楚，如：如何生成黃鐵釩、如何生成硫酸銨等，試題有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>