Question

9．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(shí)，F(xiàn)eS₂與H₂SO₄不反應(yīng)，F(xiàn)e³⁺通過反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ被還原，其中反應(yīng)Ⅰ如下：
2Fe³⁺+FeS₂═2S↓+3Fe²⁺
（1）“還原”時(shí)，pH不宜過高的原因是pH過高時(shí)鐵元素將沉淀導(dǎo)致產(chǎn)率降低，寫出“還原”時(shí)反應(yīng)Ⅱ的離子方程式：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
（2）實(shí)驗(yàn)測得“還原”時(shí)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ中被還原的Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為2：7．計(jì)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(jì)）

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/LK₂Cr₂O₇酸性溶液滴定，當(dāng)Cr₂O₇^2-恰好完全被還原為Cr³⁺時(shí)，消耗溶液的體積為25.00mL．試確定莫爾鹽的化學(xué)式（請給出計(jì)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(shí)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(jié)晶，過濾，洗滌，干燥可得莫爾鹽，
（1）鐵離子水解顯酸性，pH過高促進(jìn)水解；“還原”時(shí)反應(yīng)Ⅱ生成亞鐵離子、硫酸根離子；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)后硫酸根的濃度比反應(yīng)前增加了3.50mol•L^-1-3.20mol•L^-1=0.3mol•L^-1，根據(jù)反應(yīng)FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺可知，反應(yīng)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，再結(jié)合反應(yīng)2Fe³⁺+FeS₂=2S↓+3Fe²⁺計(jì)算生成Fe²⁺物質(zhì)的量；
（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(dāng)Cr₂O₇^2-恰好完全被還原為Cr³⁺時(shí)，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，再計(jì)算n（H₂O），由物質(zhì)的量比確定化學(xué)式．

解答 解：（1）溶液里的Fe³⁺或Fe²⁺易水解，還原”時(shí)時(shí)，pH過高會(huì)促進(jìn)Fe³⁺或Fe²⁺水解生成沉淀，故不易太高；“還原”時(shí)反應(yīng)Ⅱ的離子方程式為FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案為：pH過高時(shí)鐵元素將沉淀導(dǎo)致產(chǎn)率降低；FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
（2）假設(shè)溶液體積為1L，根據(jù)表可知，反應(yīng)Ⅱ中生成的硫酸根的物質(zhì)的量為（3.50 mol•L^-1-3.20mol•L^-1）×1L=0.3mol，據(jù)反應(yīng)FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺可知，反應(yīng)Ⅱ中被還原的Fe³⁺的物質(zhì)的量為2.1mol，同時(shí)計(jì)算出生成的亞鐵離子的物質(zhì)的量為2.25mol，反應(yīng)Ⅰ、被還原的Fe³⁺的物質(zhì)的量為0.6mol，同時(shí)計(jì)算出生成的亞鐵離子的物質(zhì)的量為0.9mol，溶液中增加的亞鐵離子的物質(zhì)的量濃度為$\frac{0.9mol+2.25mol}{1L}$=3.15mol•L^-1，則還原后Fe²⁺的物質(zhì)的量濃度為0.15mol•L^-1+3.15mol•L^-1=3.30mol•L^-1，
故答案為：3.30；
（3）根據(jù)題意，白色沉淀的物質(zhì)的量為$\frac{13.98g}{233g/mol}$=0.06moln（SO₄^2-）=0.06mol，
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）=$\frac{\frac{25.52g}{2}-0.06mol×96g/mol-0.03mol×56g/mol-0.06mol×18g/mol}{18g/mol}$=0.18 mol，
所以n（SO₄^2-）：n（Fe²⁺）：n（NH₄⁺）：n（H₂O）=0.06mol：0.03mol：0.06mol：0.18mol=2：1：2：6，所以莫爾鹽的化學(xué)式為（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]，
答：莫爾鹽的化學(xué)式為（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的性質(zhì)、制備原理、化學(xué)計(jì)算技能為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�注意元素化合物知識(shí)的應(yīng)用，題目難度不大．