Question

【题目】炼铁厂的废渣铁矾渣主要含有K2Fe6(SO4)4(OH)12 、ZnOFe2O3 及少量的CaO、MgO、SiO2 ，等等。可利用废渣铁矾渣制备复合镍锌铁氧体 （NiZnFe4O8.具体制备流程如下图所示：

（1）试剂1是过量的______。

（2）试剂2为过量的铁粉，加入后可以观察的现象有 ______________________。

（3）NH4F溶液不能放入玻璃器皿中保存，理由是_____________________________（用离子方程式表示）。已知:25 °C时，Ksp(CaF2)=2.7×10－11、，Ksp(MgF2)=6.4×10－19。加入NH4F溶液沉淀后，c(Mg2+) = 1. 6×10-10mol L-1，此时Ca2+是否也完全沉淀？写出具体的分析过程：______（若溶液中某离子浓度小于1.0×10－5mol L-1时，说明该离子已沉淀完全）。

（4）在Fe2+、Ni2+、Zn2+共沉淀过程中，若以Me代表Fe、Ni、Zn元素，则生成MeCO32Me(OH)2H2O沉淀的化学方程式为 ________________________________.

（5）按照上述流程，一座10万吨规模的炼铁厂每年产生铁矶渣约5万吨，Fe3+含量为44.8%，理论上每年至少可制备复合镍锌铁氧体（NiZnFe4O8 ，M=476 g mol -1 ）__________万吨。

（6）滤液Ⅱ中加入的ZnSO4溶液，低温烘干后可得到皓矾（ZnSO4 7H2O) 取28.70 g皓矾加热至不同温度，剩余固体的质量变化如图所示：

①100 °C时所得固体的化学式__________ 。

②680 °C时所得固休的化学式为____

Answer 1

【答案】稀H2SO4（或稀硫酸） 溶液有棕黄色转变为浅绿色，同时有气泡产生 NH4+ +F-+H2O=NH3·H2O+HF、SiO2+ 4HF = SiF4 + 2H2O 已知25 °C时，Ksp(CaF2)=2.7×10－11、，Ksp(MgF2)=6.4×10－19。加入NH4F溶液沉淀后，c(Mg2+) = 1. 6×10-10mol L-1，则=4×10-9，故=0.675×10-2 mol L-1>1.0×10－5mol L-1，故Ca2+未完全沉淀； 3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO32Me(OH)2H2O+5CO2↑ 7.6 ZnSO4 H2O Zn3O（SO4）2

【解析】

（1）废渣铁矾渣主要含有K2Fe6(SO4)4(OH)12，在除杂制备过程中避免引入更多的离子，应该使用稀硫酸进行酸浸。

答案为：稀H2SO4（或稀硫酸）

（2）酸浸后的溶液含有三价铁离子的棕黄色溶液，加入过量铁粉，使三价铁离子转化为二价铁离子，溶液有棕黄色转变为浅绿色。酸浸时硫酸过量，加入铁粉有气泡产生。

答案为：溶液有棕黄色转变为浅绿色，同时有气泡产生。

（3）NH4F会水解生成氨水与HF，HF会腐蚀玻璃瓶，离子反应方程式为：NH4+ +F-+H2O=NH3·H2O+HF、SiO2+ 4HF = SiF4 + 2H2O；已知25 °C时，Ksp(CaF2)=2.7×10－11、，Ksp(MgF2)=6.4×10－19。加入NH4F溶液沉淀后，c(Mg2+) = 1. 6×10-10mol L-1，则=4×10-9，故=0.675×10-2 mol L-1>1.0×10－5mol L-1，故Ca2+未完全沉淀；

答案为：NH4+ +F-+H2O=NH3·H2O+HF、SiO2+ 4HF = SiF4 + 2H2O；已知25 °C时，Ksp(CaF2)=2.7×10－11、，Ksp(MgF2)=6.4×10－19。加入NH4F溶液沉淀后，c(Mg2+) = 1. 6×10-10mol L-1，则=4×10-9，故=0.675×10-2 mol L-1>1.0×10－5mol L-1，故Ca2+未完全沉淀；

（4）根据流程Fe、Ni、Zn元素来的硫酸盐与NH4HCO3生成MeCO32Me(OH)2H2O沉淀和二氧化碳反应方程式为:3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO32Me(OH)2H2O+5CO2↑；

故答案为: 3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO32Me(OH)2H2O+5CO2↑；

（5）黄钾铁矾渣约5万吨，Fe3+含量为5万吨×48%=2.4万吨，根据2Fe3++Fe=3Fe2+，

则Fe2+含量为2.4万吨×=3.6万吨，设制得的NiZnFe4O8有x万吨，根据元素守恒，有=3.6，解得x=7.6万吨。

答案为：7.6

（6）皓矾（ZnSO4 7H2O)受热易分解，在不同的温度下分解可生成ZnSO4 H2O或ZnSO4或ZnO或Zn3O（SO4）2产物不同；28.70 g皓矾的物质的量为：

， 不论分解产物是什么，根据锌元素守恒，物质的量为，因此生成ZnSO4 H2O的质量为17.90g；生成ZnSO4的质量为16.10g；生成 Zn3O（SO4）2的质量为13.34g；生成ZnO的质量为8.10g；

根据上述

① 100 °C时所得固体的为17.90g，生成的固体为ZnSO4 H2O。

② 680 °C时所得固休的质量为13.43g化学式为Zn3O（SO4）2。

答案为：ZnSO4 H2O；Zn3O（SO4）2