Question

【題目】用一種硫化礦(含45%SiO2、20.4% Al2O3、30%FeS和少量GeS2等)制取盆景肥料NH4Fe(SO4)2及鋁硅合金材料的工藝流程如下 ：

(1)“礦石”粉碎的目的是_____________________ 。

(2)“混合氣體”經(jīng)過水吸收和空氣氧化能再次利用。

①“焙燒”時(shí)，GeS2發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________。

②“混合氣體”的主要成分是_______________ (填化學(xué)式)．

③FeS焙燒產(chǎn)生的Fe2O3會(huì)與(NH4)2SO4反應(yīng)生成NH4Fe(SO4)2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________。 Al2O3也能發(fā)生類似反應(yīng)．這兩種氧化物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖，上述流程中最適宜的“焙燒” 溫度為_____________________。

(3)GeCl4的佛點(diǎn)低，可在酸性條件下利用蒸餾的方法進(jìn)行分離，酸性條件的目的是_________。

(4)用電解氧化法可以增強(qiáng)合金 AlxSiy的防腐蝕能力，電解后在合金表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜(主要成分為Al2O3), 電解質(zhì)溶液為 H2SO4-H2C2O4混合溶液，陽極的電極反應(yīng)式為______________________。

(5)假設(shè)流程中SiO2 損失了20%，Al2O3 損失了25%，當(dāng)投入1 t硫化礦，加入了54kg純鋁時(shí)，鋁硅合金中x:y=______________。

Answer 1

【答案】使礦石充分灼燒 GeS2+3O2GeO2+2SO2 SO2、NH3 4(NH4)2SO4+Fe2O3 2NH4Fe(SO4)2+3H2O+6NH3↑ 300℃ 防止GeCl4水解 2Al-6eˉ+3H2O =Al2O3+6H+ 5:6

【解析】

硫化礦(含45%SiO2、20.4% Al2O3、30%FeS和少量GeS2等)粉碎后加入硫酸銨在空氣中焙燒，-2價(jià)S被氧化生成SO2，Ge元素轉(zhuǎn)化為GeO2，FeS焙燒產(chǎn)生的Fe2O3會(huì)與(NH4)2SO4反應(yīng)生成NH4Fe(SO4)2，控制焙燒溫度，防止Al2O3也發(fā)生類似的反應(yīng)；加水后，NH4Fe(SO4)2溶解，經(jīng)系列處理得到NH4Fe(SO4)2；過濾得到濾渣為SiO2、Al2O3和GeO2，加鹽酸溶解，Al2O3和GeO2得到的相應(yīng)的氯化物，二氧化硅不溶解，過濾得到二氧化硅濾渣；蒸餾分離濾液中的GeCl4后再加入氨水調(diào)節(jié)pH得到Al(OH)3沉淀，過濾取Al(OH)3沉淀，與前序?yàn)V渣SiO2和焦炭高溫焙燒還原得到Al和Si，再加純鋁攪拌得到合金。

(1)礦石粉碎后可以增大與空氣的接觸面積，使礦石充分灼燒；

(2)①“焙燒”時(shí)，GeS2中-2價(jià)S被氧化生成SO2，Ge元素轉(zhuǎn)化為GeO2，方程式為GeS2+3O2GeO2+2SO2；

②混合氣體中主要有硫元素被氧化生成的SO2，以及銨鹽分解產(chǎn)生的NH3；

③Fe2O3會(huì)與(NH4)2SO4反應(yīng)生成NH4Fe(SO4)2，該反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng)，根據(jù)元素守恒可得方程式為4(NH4)2SO4+Fe2O32NH4Fe(SO4)2+3H2O+6NH3↑；因流程的目的是要是制備NH4Fe(SO4)2和硅鋁合金，所以要使Fe2O3盡量反應(yīng)，而Al2O3不反應(yīng)，據(jù)圖可知300℃時(shí)大部分氧化鐵轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，只有極少量氧化鋁轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，所以最合適的溫度為300℃；

(3)GeCl4易水解，蒸餾過程中會(huì)HCl揮發(fā)造成徹底水解，所以需要在酸性條件下防止GeCl4水解，再進(jìn)行蒸餾；

(4)電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)題意可知Al單質(zhì)被氧化成三氧化二鋁，電解質(zhì)溶液顯酸性，所以電極方程式為2Al-6eˉ+3H2O =Al2O3+6H+；

(5)1 t硫化礦中SiO2的質(zhì)量為1000kg×45%=450kg，流程中損失20%，所以被利用的二氧化硅的質(zhì)量為450kg×(1-20%)=360kg，則n(Si)==6000mol；1 t硫化礦中SiO2的質(zhì)量為1000kg×20.4%=204kg，流程中損失25%，所以被利用的Al2O3的質(zhì)量為204kg×(1-25%)=153kg，又加入54kg鋁，則n(Al)==5000mol，所以合金AlxSiy中x：y=5:6。