Question

4．用硫鐵礦（主要含F(xiàn)eS₂、SiO₂等）制備莫爾鹽的流程如下：

已知：“還原”時，F(xiàn)eS₂與H₂SO₄不反應，F(xiàn)e³⁺通過反應Ⅰ、Ⅱ被還原，其中反應Ⅰ如下：
2Fe³⁺+FeS₂=2S↓+3Fe²⁺
（1）“還原”時，pH不宜過高的原因是pH過高時鐵元素將沉淀導致產(chǎn)率降低，寫出“還原”時反應Ⅱ的離子方程式：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
（2）實驗測得“還原”時反應Ⅰ、Ⅱ中被還原的Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為2：7．計算“還原”后溶液Fe²⁺的濃度即可確定后面所加（NH₄）₂SO₄的量（溶液體積變化忽略不計）

離子	離子濃度（mol•L-1）
	還原前	還原后
SO42-	3.20	3.50
Fe2+	0.15	3.30

（3）稱取23.52g新制莫爾鹽，溶于水配成溶液并分成兩等份．一份加入足量的BaCl₂溶液，得到白色沉淀13.98g；另一份用0.2000mol•L^-1K₂Cr₂O₇酸性溶液滴定，當Cr₂O₇^2-恰好完全被還原為Cr³⁺時，消耗溶液的體積為25.00mL．試確定莫爾鹽的化學式（請給出計算過程）．

Answer 1

分析 硫鐵礦（主要含F(xiàn)eS₂、SiO₂等）在空氣中焙燒，得二氧化硫氣體和氧化鐵、二氧化硅等固體，加硫酸溶解，過濾除去二氧化硅，得硫酸鐵溶液，硫酸鐵溶液中再加入硫鐵礦，F(xiàn)eS₂把鐵離子還原為Fe²⁺，同時生成S沉淀，過濾，濾渣含有S、硫鐵礦，濾液中主要含有硫酸亞鐵的混合溶液，向混合溶液中加入硫酸銨，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮降溫結晶，過濾，洗滌，干燥可得莫爾鹽，據(jù)此答題．

解答 解：硫鐵礦（主要含F(xiàn)eS₂、SiO₂等）在空氣中焙燒，得二氧化硫氣體和氧化鐵、二氧化硅等固體，加硫酸溶解，過濾除去二氧化硅，得硫酸鐵溶液，硫酸鐵溶液中再加入硫鐵礦，F(xiàn)eS₂把鐵離子還原為Fe²⁺，同時生成S沉淀，過濾，濾渣含有S、硫鐵礦，濾液中主要含有硫酸亞鐵的混合溶液，向混合溶液中加入硫酸銨，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮降溫結晶，過濾，洗滌，干燥可得莫爾鹽，
（1）根據(jù)上面的分析可知，“還原”時，鐵離子做氧化劑，如果pH過高時鐵元素將沉淀導致產(chǎn)率降低，“還原”時FeS₂把鐵離子還原為Fe²⁺，同時生成S沉淀，所以反應Ⅱ的離子方程式為FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案為：pH過高時鐵元素將沉淀導致產(chǎn)率降低；FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，反應后硫酸根的濃度比反應前增加了3.50mol•L^-1-3.20mol•L^-1=0.3mol•L^-1，根據(jù)反應FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺可知，反應中消耗Fe³⁺的物質(zhì)的量為2.1mol，生成的Fe²⁺物質(zhì)的量為2.25mol，由于Ⅰ、Ⅱ中被還原的Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為2：7，Ⅰ中消耗的鐵離子的物質(zhì)的量為0.6mol，根據(jù)反應2Fe³⁺+FeS₂=2S↓+3Fe²⁺可知，生成Fe²⁺物質(zhì)的量為0.9mol，所以反應后溶液中Fe²⁺物質(zhì)的量為2.25mol+0.9mol+0.15mol=3.30mol，
故答案為：3.30；
（3）稱取23.52g新制莫爾鹽，溶于水配成溶液并分成兩等份，一份加入足量的BaCl₂溶液，得到白色沉淀硫酸鋇的質(zhì)量為13.98g，其物質(zhì)的量為$\frac{13.98g}{233g/mol}$=0.06mol，所以n（SO₄^2-）=0.06mol，
另一份用0.2000mol•L^-1K₂Cr₂O₇酸性溶液滴定，當Cr₂O₇^2-恰好完全被還原為Cr³⁺時，消耗溶液的體積為25.00mL，根據(jù)題意，
   6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
   6         1
n（Fe²⁺）  0.2000mol•L^-1×0.025L，
所以n（Fe²⁺）=0.005 mol×6=0.03mol，
根據(jù)電荷守恒：n（NH₄⁺）+2n（Fe²⁺）=2n（SO₄^2-），n（NH₄⁺）=0.06mol，
n（H₂O）=$\frac{\frac{23.52g}{2}-0.06mol×96g/mol-0.03mol×56g/mol-0.06mol×18g/mol}{18g/mol}$=0.18 mol，
所以n（SO₄^2-）：n（Fe²⁺）：n（NH₄⁺）：n（H₂O）=0 06 mol：0 03 mol：0 06mol：0 18 mol=2：1：2：6，
所以莫爾鹽的化學式為（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]，
故答案為：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]．

點評 本題以制備莫爾鹽為知識背景，難度中等，清楚工藝流程原理以及學會物質(zhì)分子式確定的計算是解題的關鍵，考查學生的計算能力以及分析和解決問題的能力，綜合性較強．