Question

9．用硫铁矿（主要含FeS₂、SiO₂等）制备莫尔盐的流程如下：

已知：“还原”时，FeS₂与H₂SO₄不反应，Fe³⁺通过反应Ⅰ、Ⅱ被还原，其中反应Ⅰ如下：
2Fe³⁺+FeS₂═2S↓+3Fe²⁺
（1）“还原”时，pH不宜过高的原因是pH过高时铁元素将沉淀导致产率降低，写出“还原”时反应Ⅱ的离子方程式：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
（2）实验测得“还原”时反应Ⅰ、Ⅱ中被还原的Fe³⁺的物质的量之比为2：7．计算“还原”后溶液Fe²⁺的浓度即可确定后面所加（NH₄）₂SO₄的量（溶液体积变化忽略不计）

离子	离子浓度（mol•L-1）
	还原前	还原后
SO42-	3.20	3.50
Fe2+	0.15	3.30

（3）称取23.52g新制莫尔盐，溶于水配成溶液并分成两等份．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，当Cr₂O₇^2-恰好完全被还原为Cr³⁺时，消耗溶液的体积为25.00mL．试确定莫尔盐的化学式（请给出计算过程）．

Answer 1

分析 硫铁矿（主要含FeS₂、SiO₂等）在空气中焙烧，得二氧化硫气体和氧化铁、二氧化硅等固体，加硫酸溶解，过滤除去二氧化硅，得硫酸铁溶液，硫酸铁溶液中再加入硫铁矿，FeS₂把铁离子还原为Fe²⁺，同时生成S沉淀，过滤，滤渣含有S、硫铁矿，滤液中主要含有硫酸亚铁的混合溶液，向混合溶液中加入硫酸铵，经过蒸发浓缩降温结晶，过滤，洗涤，干燥可得莫尔盐，
（1）铁离子水解显酸性，pH过高促进水解；“还原”时反应Ⅱ生成亚铁离子、硫酸根离子；
（2）由表中数据可知，反应后硫酸根的浓度比反应前增加了3.50mol•L^-1-3.20mol•L^-1=0.3mol•L^-1，根据反应FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺可知，反应中消耗Fe³⁺的物质的量为2.1mol，生成的Fe²⁺物质的量为2.25mol，由于Ⅰ、Ⅱ中被还原的Fe³⁺的物质的量之比为2：7，Ⅰ中消耗的铁离子的物质的量为0.6mol，再结合反应2Fe³⁺+FeS₂=2S↓+3Fe²⁺计算生成Fe²⁺物质的量；
（3）称取23.52g新制莫尔盐，溶于水配成溶液并分成两等份，一份加入足量的BaCl₂溶液，得到白色沉淀硫酸钡的质量为13.98g，其物质的量为$\frac{13.98g}{233g/mol}$=0.06mol，所以n（SO₄^2-）=0.06mol，
另一份用0.2000mol•L^-1K₂Cr₂O₇酸性溶液滴定，当Cr₂O₇^2-恰好完全被还原为Cr³⁺时，消耗溶液的体积为25.00mL，根据题意，
   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，
根据电荷守恒：n（NH₄⁺）+2n（Fe²⁺）=2n（SO₄^2-），n（NH₄⁺）=0.06mol，再计算n（H₂O），由物质的量比确定化学式．

解答 解：（1）溶液里的Fe³⁺或Fe²⁺易水解，还原”时时，pH过高会促进Fe³⁺或Fe²⁺水解生成沉淀，故不易太高；“还原”时反应Ⅱ的离子方程式为FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案为：pH过高时铁元素将沉淀导致产率降低；FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
（2）假设溶液体积为1L，根据表可知，反应Ⅱ中生成的硫酸根的物质的量为（3.50 mol•L^-1-3.20mol•L^-1）×1L=0.3mol，据反应FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺可知，反应Ⅱ中被还原的Fe³⁺的物质的量为2.1mol，同时计算出生成的亚铁离子的物质的量为2.25mol，反应Ⅰ、被还原的Fe³⁺的物质的量为0.6mol，同时计算出生成的亚铁离子的物质的量为0.9mol，溶液中增加的亚铁离子的物质的量浓度为$\frac{0.9mol+2.25mol}{1L}$=3.15mol•L^-1，则还原后Fe²⁺的物质的量浓度为0.15mol•L^-1+3.15mol•L^-1=3.30mol•L^-1，
故答案为：3.30；
（3）根据题意，白色沉淀的物质的量为$\frac{13.98g}{233g/mol}$=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，
根据电荷守恒：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，所以莫尔盐的化学式为（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]，
答：莫尔盐的化学式为（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O．

点评 本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握物质的性质、制备原理、化学计算技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物知识的应用，题目难度不大．