Question

用一种硫化矿(含45%SiO₂、20.4% Al₂O₃、30%FeS和少量GeS₂等)制取盆景肥料NH₄Fe(SO₄)₂及铝硅合金材料的工艺流程如下 ：

(1)“矿石”粉碎的目的是_____________________ 。

(2)“混合气体”经过水吸收和空气氧化能再次利用。

①“焙烧”时，GeS₂发生反应的化学方程式为____________________。

②“混合气体”的主要成分是_______________     (填化学式)．

③FeS焙烧产生的Fe₂O₃会与(NH₄)₂SO₄反应生成NH₄Fe(SO₄)₂，该反应的化学方程式为_______________。 Al₂O₃也能发生类似反应．这两种氧化物转化为硫酸盐的转化率与温度的关系如图，上述流程中最适宜的“焙烧” 温度为_____________________。

  

(3)GeCl₄的佛点低，可在酸性条件下利用蒸馏的方法进行分离，酸性条件的目的是_________。

(4)用电解氧化法可以增强合金 Al_xSi_y的防腐蚀能力，电解后在合金表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜(主要成分为Al₂O₃), 电解质溶液为 H₂SO₄-H₂C₂O₄混合溶液，阳极的电极反应式为______________________。

(5)假设流程中SiO₂ 损失了20%，Al₂O₃ 损失了25%，当投入1 t硫化矿，加入了54kg纯铝时，铝硅合金中x:y=______________。

Answer

使矿石充分灼烧 GeS2+3O2GeO2+2SO2 SO2、NH3 4(NH4)2SO4+Fe2O3 2NH4Fe(SO4)2+3H2O+6NH3↑ 300℃ 防止GeCl4水解 2Al-6eˉ+3H2O =Al2O3+6H+ 5:6

【解析】

硫化矿(含45%SiO2、20.4% Al2O3、30%FeS和少量GeS2等)粉碎后加入硫酸铵在空气中焙烧，-2价S被氧化生成SO2，Ge元素转化为GeO2，FeS焙烧产生的Fe2O3会与(NH4)2SO4反应生成NH4Fe(SO4)2，控制焙烧温度，防止Al2O3也发生类似的反应；加水后，NH4Fe(SO4)2溶解，经系列处理得到NH4Fe(SO4)2；过滤得到滤渣为SiO2、Al2O3和GeO2，加盐酸溶解，Al2O3和GeO2得到的相应的氯化物，二氧化硅不溶解，过滤得到二氧化硅滤渣；蒸馏分离滤液中的GeCl4后再加入氨水调节pH得到Al(OH)3沉淀，过滤取Al(OH)3沉淀，与前序滤渣SiO2和焦炭高温焙烧还原得到Al和Si，再加纯铝搅拌得到合金。

(1)矿石粉碎后可以增大与空气的接触面积，使矿石充分灼烧；

(2)①“焙烧”时，GeS2中-2价S被氧化生成SO2，Ge元素转化为GeO2，方程式为GeS2+3O2GeO2+2SO2；

②混合气体中主要有硫元素被氧化生成的SO2，以及铵盐分解产生的NH3；

③Fe2O3会与(NH4)2SO4反应生成NH4Fe(SO4)2，该反应为非氧化还原反应，根据元素守恒可得方程式为4(NH4)2SO4+Fe2O32NH4Fe(SO4)2+3H2O+6NH3↑；因流程的目的是要是制备NH4Fe(SO4)2和硅铝合金，所以要使Fe2O3尽量反应，而Al2O3不反应，据图可知300℃时大部分氧化铁转化为硫酸盐，只有极少量氧化铝转化为硫酸盐，所以最合适的温度为300℃；

(3)GeCl4易水解，蒸馏过程中会HCl挥发造成彻底水解，所以需要在酸性条件下防止GeCl4水解，再进行蒸馏；

(4)电解池中阳极失电子发生氧化反应，根据题意可知Al单质被氧化成三氧化二铝，电解质溶液显酸性，所以电极方程式为2Al-6eˉ+3H2O =Al2O3+6H+；

(5)1 t硫化矿中SiO2的质量为1000kg×45%=450kg，流程中损失20%，所以被利用的二氧化硅的质量为450kg×(1-20%)=360kg，则n(Si)==6000mol；1 t硫化矿中SiO2的质量为1000kg×20.4%=204kg，流程中损失25%，所以被利用的Al2O3的质量为204kg×(1-25%)=153kg，又加入54kg铝，则n(Al)==5000mol，所以合金AlxSiy中x：y=5:6。