Question

13．利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功，其流程如下：

回答下列问题：
（1）操作a的名称是过滤，制硫酸工艺中净化SO₂窑气的目的是防止SO₂气体中的灰尘、水蒸气等在接触室中导致催化剂中毒．
（2）装置B中生成两种酸式盐，它们的化学式分别是（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄．
（3）制硫酸所产生的尾气除了含有N₂、O₂外，还含有SO₂、微量的SO₃和酸雾，能用于测定硫酸尾气中SO₂含量的是CD（填字母）．
A．NaOH溶液、酚酞试液    B．氨水、酚酞试液
C．碘水、淀粉溶液        D．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄
处理尾气常用氨水吸收后再加稀硫酸处理，放出的SO₂经干燥后进入接触室循环利用，尾气中SO₂被吸收以及再放出SO₂所发生的有关反应的化学方程式分别为SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O、（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O．
（4）水泥广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程，是非常重要的无机非金属材料，工业生产普通硅酸盐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调节水泥的硬化速度．
（5）硫酸是基础化学工业的重要产品和原料，用硫酸可制备多种硫酸盐，现有一种硫酸盐的化学式可表示为Fe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O，为确定其组成，称取该硫酸盐2.410g，加入过量的NaOH溶液并加热，生成的气体用100mL0.0500mol•L^-1硫酸吸收，再用0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定，生成正盐时消耗NaOH溶液25.00mL，再将等质量的该硫酸盐荣誉水配成溶液，加足量BaCl₂溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥，最后得白色沉淀2.330g，该硫酸盐的化学式为Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O．

Answer 1

分析 （1）操作a是把固体与液体分开，应为过滤；接触室中净化气体可以防止催化剂中毒；
（2）装置a中磷酸与氨气发生反应，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
（3）SO₂、微量的SO₃和酸雾都能与碱反应，不能利用碱测定，SO₂具有还原性，可以利用强氧化剂测定；尾气中SO₂被氨水吸收生成（NH₄）₂SO₃和水，（NH₄）₂SO₃再H₂SO₄反应生成（NH₄）₂SO₄和SO₂，据此写出方程式；
（4）生产普通硅酸盐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的摩尔质量为（304+132x+18y）g/mol，则2.410gFe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O中含有的NH₄⁺的物质的量n=$\frac{2.41}{304+132x+18y}$×2xmol，加入过量的NaOH溶液并加热，生成的NH₃的物质的量即=$\frac{2.41}{304+132x+18y}$×2xmol，生成的氨气用100mL0.0500mol•L^-1硫酸吸收，再用0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定，生成正盐时消耗NaOH溶液25.00mL，故NH₃消耗的H⁺的物质的量n=0.1L×0.05mol/L×2-0.025L×0.2mol/L=0.05mol，据此列式①；
2.410gFe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O中含有的SO₄^2-的物质的量n=$\frac{2.41}{304+132x+18y}$×（3+x）mol，与BaCl₂溶液反应生成白色BaSO₄沉淀2.330g中所含的SO₄^2-的物质的量相等，据此列式②，两式联立即可解得．

解答 解：（1）分离固体和液体的方法是过滤，即操作a的名称为过滤；接触室中净化SO₂气体可以防止催化剂中毒；故答案为：过滤；防止SO₂气体中的灰尘、水蒸气等在接触室中导致催化剂中毒；
（2）装置a中磷酸与氨气发生反应，磷酸是三元酸，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄三种盐，其中（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄两种酸式盐．
故答案为：（NH₄）₂HPO₄；NH₄H₂PO₄；
（3）A、NaOH溶液与SO₂、微量的SO₃和酸雾反应，测量的SO₂含量偏高，故A错误；
B、氨水NaOH溶液与SO₂、微量的SO₃和酸雾反应，测量的SO₂含量偏高，故B错误．
C、硫酸尾气中只有SO₂能被碘水氧化SO₂，溶液颜色由蓝色变为无色，根据碘水溶液的体积结合方程式计算SO₂的含量，故C正确；
D、硫酸尾气中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液颜色由紫红色变为无色，根据KMnO₄溶液的体积结合方程式计算SO₂的含量，故D正确；
尾气中SO₂被氨水吸收生成（NH₄）₂SO₃和水，化学方程式为：SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O；（NH₄）₂SO₃再H₂SO₄反应生成（NH₄）₂SO₄和SO₂：（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂+H₂O，故答案为：CD；SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O，（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O；
（4）生产普通硅酸盐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，故答案为：石灰石和黏土；调节水泥的硬化速度；
（5）Fe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O的摩尔质量为（400+132x+18y）g/mol，则2.410gFe₂（SO₄）₃•x（NH₄）₂SO₄•yH₂O中含有的NH₄⁺的物质的量n=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×2xmol，加入过量的NaOH溶液并加热，生成的NH₃的物质的量n=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×2xmol，生成的氨气用100mL0.0500mol•L^-1硫酸吸收，再用0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定，生成正盐时消耗NaOH溶液25.00mL，故NH₃消耗的H⁺的物质的量n=0.1L×0.05mol/L×2-0.025L×0.2mol/L=0.005mol，而根据反应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-的物质的量n=$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$（3+x）mol，与BaCl₂溶液反应生成白色BaSO₄沉淀2.330g，而2.33gBaSO₄沉淀中所含的SO₄^2-的物质的量n=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，故有：$\frac{2.41}{400+132X+18Y}$×（3+x）mol=0.01mol ②
将①②联立可解得：x=1，y=24，即该硫酸盐的化学式为Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O．
故答案为：Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O．

点评 本题考查了工业尾气的处理的方法和化学方程式的书写以及化学式的求解，综合性较强，难度较大．