Question

【題目】以黃鐵礦為原料制硫酸會產生大量的廢渣，合理利用廢渣可以減少環境污染，變廢為寶。工業上利用廢渣(含Fe2＋、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，具體生產流程如下：

(1)在廢渣溶解操作時，應選用________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？_______________（至少寫出兩點）。

(3)物質A是一種氧化劑，工業上最好選用________(供選擇使用的有：空氣、Cl2、MnO2)，其理由是_______________。氧化過程中發生反應的離子方程式為_________________。

(4)根據如圖有關數據，你認為工業上氧化操作時應控制的條件(從溫度、pH和氧化時間三方面說明)是：______________________________________________________。

(5) 銨黃鐵礬中可能混有的雜質有Fe(OH)3、________。

(6) 銨黃鐵礬的化學式可表示為(NH4)xFey(SO4)z(OH)w，其化學式可通過下列實驗測定：

① 稱取一定質量的樣品加入稀硝酸充分溶解，將所得溶液轉移至容量瓶并配制成100.00 mL溶液A。

② 量取25.00 mL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9.32 g。

③ 量取25.00 mL溶液A，加入足量NaOH溶液，加熱，收集到標準狀況下氣體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4.80 g。

通過計算，可確定銨黃鐵礬的化學式為___________________________。（已知銨黃鐵礬的摩爾質量為960gmol-1,計算過程中不考慮固體損失和氣體溶解。

Answer 1

【答案】 D 將廢渣粉碎、加熱、攪拌等 空氣 原料易得，成本低，不產生污染，不引入雜質 4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 溶液溫度控制在80 ℃，pH控制在1.5，氧化時間為4 h左右 Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaSO4 (NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12

【解析】（1）由已知結合流程，廢渣中含有Fe2＋、Fe3＋的硫酸鹽及少量CaO和MgO，故廢渣溶解操作時，應選用硫酸溶解比較合適，答案選D。

（2）為了提高廢渣的浸取率，可以將廢渣進一步粉碎，以增大固體的表面積提高反應速率，還可以采用加熱、攪拌等方法。

（3）廢渣溶解后，加入氧化劑將Fe2+氧化為Fe3+，提供的三種氧化劑中只有空氣（O2）是綠色氧化劑，原料易得、成本低、氧化Fe2+不產生污染、不會引入新雜質，故最好選用空氣；反應化學方程式為：4Fe2+＋O2＋4H+=4Fe3+＋2H2O。

（4）由三條曲線可得，相同時間內，80 ℃、pH=1.5時，Fe2＋的轉化率最高，故應選該條件，浸取4小時之后再延長時間轉化率提高不大，故浸取4小時較合適，綜上分析，工業上氧化操作時應控制的條件是：溶液溫度控制在80 ℃，pH控制在1.5，氧化時間為4 h左右。

（5）氧化后的溶液，加氨水結晶，所得沉淀除了銨黃鐵礬晶體外，Fe3+、Mg2+、Ca2+也會沉淀析出，故銨黃鐵礬中可能混有的雜質有Fe(OH)3、Mg(OH)2、Ca(OH)2、CaSO4。

（6）由②得，n（SO42-）=n（BaSO4）=9.32g÷233gmol-1=0.04mol；由③得，n（NH4+）=n（NH3）=0.448L÷22.4Lmol-1=0.02mol；由④得，n（Fe）=2n（Fe2O3）=2×4.8g÷160gmol-1=0.06mol；所以，結合(NH4)xFey(SO4)z(OH)w，可設為(NH4)xFe3x(SO4)2x(OH)w，由正負化合價代數和為0得：w=6x，又因為(NH4)xFey(SO4)z(OH)w的摩爾質量為960gmol-1，所以化學式為：(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12