Question

7．我国某地利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功．具体生产流程如下：

（1）操作a的名称是过滤．制硫酸工艺中净化SO₂窑气的目的是防止SO₂气体中的灰尘、水蒸气等在接触室中导致催化剂中毒．
（2）装置B中生成两种酸式盐，它们的化学式分别是过滤；防止SO₂气体中的灰尘、水蒸气等在接触室中导致催化剂中毒．
（3）制硫酸所产生的尾气除了含有N₂、O₂外，还含有SO₂、微量的SO₃和酸雾．能用于测定硫酸尾气中SO₂含量的是CD．（选填字母）
A．NaOH溶液、酚酞试液         
B．氨水、酚酞试液
C．碘水、淀粉溶液               
D．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄液
（4）SO₂可转化为硫酸盐．现有一种硫酸盐的化学式为Fe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O．现称取该复盐2.410g，加入过量的NaOH溶液并加热，生成的气体用100mL 0.0500mol•L^-1硫酸吸收，多余的硫酸用0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定，消耗NaOH溶液25.00mL．再将等质量的复盐溶于水配成溶液，加足量BaCl₂溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥，最后得白色沉淀2.330g．试列出计算过程确定该复盐的化学式Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O．

Answer 1

分析 磷矿石粉碎后与硫酸反应生成磷酸和磷石膏，磷酸中通入氨气得磷铵溶液，磷铵溶液经过蒸发浓缩，冷却结晶得磷铵晶体，母液可以循环使用，磷石膏经过煅烧得水泥和二氧化硫窑气，净化后得二氧化硫，氧化后得三氧化硫，与水反应得硫酸，可以再参加与磷矿石的反应，（1）操作a是把固体与液体分开，应为过滤；未净化的SO₂气体中有粉尘等杂质，可以使催化剂中毒；（2）装置a中磷酸与氨气发生反应，磷酸是三元酸，可以与氨气生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
（3）SO₂、微量的SO₃和酸雾都能与碱反应，不能利用碱测定，SO₂具有还原性，可以利用强氧化剂测定；
（4）Fe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O的摩尔质量为（304+132x+18y）g/mol，则2.410gFe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O中含有的NH₄⁺的物质的量n=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×2xmol，加入过量的NaOH溶液并加热，生成的NH₃的物质的量即=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×2xmol，生成的氨气用100mL0.0500mol•L^-1硫酸吸收，再用0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定，生成正盐时消耗NaOH溶液25.00mL，故NH₃消耗的H⁺的物质的量n=0.1L×0.05mol/L×2-0.025L×0.2mol/L=0.05mol，据此列式①；
2.410gFe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O中含有的SO₄^2-的物质的量n=$\frac{2.41}{304+132x+18y}$×（3+x）mol，与BaCl₂溶液反应生成白色BaSO₄沉淀2.330g中所含的SO₄^2-的物质的量相等，据此列式②，两式联立即可解得．

解答 解：（1）分离固体和液体的方法是过滤，即操作a的名称为过滤，未净化的SO₂气体中有粉尘等杂质，可以使催化剂中毒，所以净化的目的是防止SO₂气体中的灰尘、水蒸气等在接触室中导致催化剂中毒，
故答案为：过滤；防止SO₂气体中的灰尘、水蒸气等在接触室中导致催化剂中毒；
（2）装置a中磷酸与氨气发生反应，磷酸是三元酸，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄三种盐，其中（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄两种酸式盐．
故答案为：（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
（3）A、NaOH溶液与SO₂、微量的SO₃和酸雾反应，测量的SO₂含量偏高，故A错误；
B、氨水NaOH溶液与SO₂、微量的SO₃和酸雾反应，测量的SO₂含量偏高，故B错误；
C、硫酸尾气中只有SO₂能被碘水氧化SO₂，溶液颜色由蓝色变为无色，根据碘水溶液的体积结合方程式计算SO₂的含量，故C正确；
D、硫酸尾气中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液颜色由紫红色变为无色，根据KMnO₄溶液的体积结合方程式计算SO₂的含量，故D正确，
故选CD；
（4）Fe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O的摩尔质量为（400+132x+18y）g/mol，则2.410gFe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O中含有的NH₄⁺的物质的量n=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×2xmol，加入过量的NaOH溶液并加热，生成的NH₃的物质的量n=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×2xmol，生成的氨气用100mL0.0500mol•L^-1硫酸吸收，再用0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定，生成正盐时消耗NaOH溶液25.00mL，故NH₃消耗的H⁺的物质的量n=0.1L×0.05mol/L×2-0.025L×0.2mol/L=0.005mol，而根据反应NH₃+H⁺=NH₄⁺可知：$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×2xmol=0.005mol ①
2.410gFe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O中含有的SO₄^2-的物质的量n=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×（3+x）mol，与BaCl₂溶液反应生成白色BaSO₄沉淀2.330g，而2.33gBaSO₄沉淀中所含的SO₄^2-的物质的量n=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，故有：$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×（3+x）mol=0.01mol  ②
将①②联立可解得：x=1，y=24
即该硫酸盐的化学式为Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O，
故答案为：Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O．

点评 本题考查了工业尾气的处理的方法和化学方程式的书写以及化学式的求解，综合性较强，难度较大．