Question

13．利用生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的技術(shù)研究獲得成功，其流程如下：

回答下列問題：
（1）操作a的名稱是過濾，制硫酸工藝中凈化SO₂窯氣的目的是防止SO₂氣體中的灰塵、水蒸氣等在接觸室中導(dǎo)致催化劑中毒．
（2）裝置B中生成兩種酸式鹽，它們的化學(xué)式分別是（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄．
（3）制硫酸所產(chǎn)生的尾氣除了含有N₂、O₂外，還含有SO₂、微量的SO₃和酸霧，能用于測(cè)定硫酸尾氣中SO₂含量的是CD（填字母）．
A．NaOH溶液、酚酞試液    B．氨水、酚酞試液
C．碘水、淀粉溶液        D．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄
處理尾氣常用氨水吸收后再加稀硫酸處理，放出的SO₂經(jīng)干燥后進(jìn)入接觸室循環(huán)利用，尾氣中SO₂被吸收以及再放出SO₂所發(fā)生的有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O、（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O．
（4）水泥廣泛應(yīng)用于土木建筑、水利、國防等工程，是非常重要的無機(jī)非金屬材料，工業(yè)生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥的主要原料是石灰石和黏土，水泥中加入少量石膏的作用是調(diào)節(jié)水泥的硬化速度．
（5）硫酸是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品和原料，用硫酸可制備多種硫酸鹽，現(xiàn)有一種硫酸鹽的化學(xué)式可表示為Fe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O，為確定其組成，稱取該硫酸鹽2.410g，加入過量的NaOH溶液并加熱，生成的氣體用100mL0.0500mol•L^-1硫酸吸收，再用0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定，生成正鹽時(shí)消耗NaOH溶液25.00mL，再將等質(zhì)量的該硫酸鹽榮譽(yù)水配成溶液，加足量BaCl₂溶液，充分反應(yīng)后，過濾、洗滌、干燥，最后得白色沉淀2.330g，該硫酸鹽的化學(xué)式為Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O．

Answer 1

分析 （1）操作a是把固體與液體分開，應(yīng)為過濾；接觸室中凈化氣體可以防止催化劑中毒；
（2）裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應(yīng)，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
（3）SO₂、微量的SO₃和酸霧都能與堿反應(yīng)，不能利用堿測(cè)定，SO₂具有還原性，可以利用強(qiáng)氧化劑測(cè)定；尾氣中SO₂被氨水吸收生成（NH₄）₂SO₃和水，（NH₄）₂SO₃再H₂SO₄反應(yīng)生成（NH₄）₂SO₄和SO₂，據(jù)此寫出方程式；
（4）生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥的原料是石灰石和黏土；水泥中加入石膏可以提高水泥的硬化速度；
（5）Fe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O的摩爾質(zhì)量為（304+132x+18y）g/mol，則2.410gFe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O中含有的NH₄⁺的物質(zhì)的量n=$\frac{2.41}{304+132x+18y}$×2xmol，加入過量的NaOH溶液并加熱，生成的NH₃的物質(zhì)的量即=$\frac{2.41}{304+132x+18y}$×2xmol，生成的氨氣用100mL0.0500mol•L^-1硫酸吸收，再用0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定，生成正鹽時(shí)消耗NaOH溶液25.00mL，故NH₃消耗的H⁺的物質(zhì)的量n=0.1L×0.05mol/L×2-0.025L×0.2mol/L=0.05mol，據(jù)此列式①；
2.410gFe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O中含有的SO₄^2-的物質(zhì)的量n=$\frac{2.41}{304+132x+18y}$×（3+x）mol，與BaCl₂溶液反應(yīng)生成白色BaSO₄沉淀2.330g中所含的SO₄^2-的物質(zhì)的量相等，據(jù)此列式②，兩式聯(lián)立即可解得．

解答 解：（1）分離固體和液體的方法是過濾，即操作a的名稱為過濾；接觸室中凈化SO₂氣體可以防止催化劑中毒；故答案為：過濾；防止SO₂氣體中的灰塵、水蒸氣等在接觸室中導(dǎo)致催化劑中毒；
（2）裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應(yīng)，磷酸是三元酸，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄三種鹽，其中（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄兩種酸式鹽．
故答案為：（NH₄）₂HPO₄；NH₄H₂PO₄；
（3）A、NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測(cè)量的SO₂含量偏高，故A錯(cuò)誤；
B、氨水NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測(cè)量的SO₂含量偏高，故B錯(cuò)誤．
C、硫酸尾氣中只有SO₂能被碘水氧化SO₂，溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o色，根據(jù)碘水溶液的體積結(jié)合方程式計(jì)算SO₂的含量，故C正確；
D、硫酸尾氣中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液顏色由紫紅色變?yōu)闊o色，根據(jù)KMnO₄溶液的體積結(jié)合方程式計(jì)算SO₂的含量，故D正確；
尾氣中SO₂被氨水吸收生成（NH₄）₂SO₃和水，化學(xué)方程式為：SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O；（NH₄）₂SO₃再H₂SO₄反應(yīng)生成（NH₄）₂SO₄和SO₂：（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂+H₂O，故答案為：CD；SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O，（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O；
（4）生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥的原料是石灰石即CaCO₃和黏土；水泥中加入石膏可以提高水泥的硬化速度，故答案為：石灰石和黏土；調(diào)節(jié)水泥的硬化速度；
（5）Fe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O的摩爾質(zhì)量為（400+132x+18y）g/mol，則2.410gFe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O中含有的NH₄⁺的物質(zhì)的量n=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×2xmol，加入過量的NaOH溶液并加熱，生成的NH₃的物質(zhì)的量n=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×2xmol，生成的氨氣用100mL0.0500mol•L^-1硫酸吸收，再用0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定，生成正鹽時(shí)消耗NaOH溶液25.00mL，故NH₃消耗的H⁺的物質(zhì)的量n=0.1L×0.05mol/L×2-0.025L×0.2mol/L=0.005mol，而根據(jù)反應(yīng)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-的物質(zhì)的量n=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$（3+x）mol，與BaCl₂溶液反應(yīng)生成白色BaSO₄沉淀2.330g，而2.33gBaSO₄沉淀中所含的SO₄^2-的物質(zhì)的量n=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，故有：$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×（3+x）mol=0.01mol ②
將①②聯(lián)立可解得：x=1，y=24，即該硫酸鹽的化學(xué)式為Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O．
故答案為：Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)尾氣的處理的方法和化學(xué)方程式的書寫以及化學(xué)式的求解，綜合性較強(qiáng)，難度較大．