Question

【題目】鈦礦工業(yè)中的酸性廢水富含Ti、Fe等元素，其綜合利用如下（已知：TiO2+易水解，只能存在于強(qiáng)酸性溶液中）：

（1）富含TiO2＋溶液中加入Na2CO3粉末能得到固體TiO2nH2O，其原理是______________。

（2）制取FeCO3發(fā)生的化學(xué)方程式為______________________；反應(yīng)溫度一般需控制在35℃以下，其目的是______________。

（3）已知Ksp[Fe(OH)2]=8×10－16。制取FeCO3時(shí)，FeCO3達(dá)到溶解平衡時(shí)，若室溫下測(cè)得溶液的pH為8.5，c(Fe2＋)=1×10－6mol·L－1。試判斷所得的FeCO3中______(填“有”或“沒(méi)有”)Fe(OH)2；煅燒中，為了得到較為純凈的Fe2O3，除了適當(dāng)?shù)臏囟韧�，還需要采取的措施是_________。

（4）為了控制NH4HCO3用量需要測(cè)定固體中FeSO47H2O的含量。稱1g固體樣品，用30mL蒸餾水溶解并加入H2SO4溶液和H3PO4溶液，再用0.02mol·L－1KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到溶液剛好變成粉紅色，停止滴定，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液VmL。反應(yīng)中涉及的重要化學(xué)方程式有：

MnO4－(紫紅)+5Fe2++8H+=Mn2+(粉紅)+5Fe3++4H2O

5Fe3+(黃)+2H3PO4=H3[Fe(PO4)2](無(wú)色)+3H+

①H3PO4的作用____________。②樣品中FeSO47H2O的含量為___________%。

Answer 1

【答案】因?yàn)榘l(fā)生水解反應(yīng)：TiO2＋+(n+1)H2OTiO2nH2O＋2H+，加入Na2CO3后，CO32－與H+反應(yīng)，c(H+)減小，水解平衡正反應(yīng)方向移動(dòng) FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ 防止NH4HCO3分解或減小Fe2＋水解 沒(méi)有 向反應(yīng)容器中補(bǔ)充適量空氣（氧氣） 消除Fe3+的顏色干擾 2.78V

【解析】

鈦礦工業(yè)中的酸性廢水富含Ti、Fe等元素，含有TiO2+、Fe2+、Fe3+等離子，加入鐵粉還原鐵離子得到亞鐵離子，通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過(guò)濾洗滌、干燥得到硫酸亞鐵晶體，配制成溶液調(diào)節(jié)溶液pH5~5.8范圍內(nèi)，加入足量碳酸氫銨，過(guò)濾得到碳酸亞鐵沉淀，在坩堝中灼燒得到氧化鐵，過(guò)濾后得到富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末與H+反應(yīng)，降低了溶液中c(H+)，使平衡TiO2＋+(n+1)H2OTiO2nH2O＋2H+向生成TiO2nH2O的方向移動(dòng)，可得到TiO2粗產(chǎn)品。

(1)富含TiO2＋溶液中加入Na2CO3粉末與H+反應(yīng)，降低了溶液中c(H+)，使平TiO2＋+(n+1)H2OTiO2nH2O＋2H+向生成TiO2nH2O的方向移動(dòng)；

(2)制取FeCO3中發(fā)生反應(yīng)是硫酸亞鐵和碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應(yīng)溫度一般需控制在35°C以下，是為了避免溫度過(guò)高碳酸氫銨分解，減少亞鐵離子的水解程度；

(3)根據(jù)溶液中c(Fe2+)·c(OH-)2與Ksp[Fe(OH)2]比較，可判斷有無(wú)Fe(OH)2沉淀，保證二價(jià)鐵被氧化為三價(jià)需要多通入空氣或氧氣；

(4)①根據(jù)反應(yīng)方程式及高錳酸鉀的物質(zhì)的量計(jì)算出產(chǎn)品中FeSO4.7H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

②根據(jù)題給信息判斷。

(1)富含TiO2＋溶液中加入Na2CO3粉末與溶液中的H+反應(yīng)，降低了溶液中c(H+)，使平TiO2＋+(n+1)H2OTiO2nH2O＋2H+，向生成TiO2nH2O的方向移動(dòng)，可得到TiO2粗產(chǎn)品，故答案為：因?yàn)榘l(fā)生水解反應(yīng)：TiO2＋+(n+1)H2OTiO2nH2O＋2H+，加入Na2CO3后，CO32－與H+反應(yīng)，c(H+)減小，水解平衡正反應(yīng)方向移動(dòng)；

(2)制取FeCO3中發(fā)生反應(yīng)是硫酸亞鐵和碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑反應(yīng)溫度一般需控制在35°C以下，是為了避免溫度過(guò)高碳酸氫銨分解，減少亞鐵離子的水解程度，故答案為：FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑；避免溫度過(guò)高碳酸氫銨分解，減少亞鐵離子的水解程度；

(3)室溫下測(cè)得溶液的pH為8.5，由題中數(shù)據(jù)可知，溶液中c(Fe2+)·c(OH-)2=1x10-6×(1×10-5.5)=10-17<Ksp[Fe(OH)2]=8x10-16，故無(wú)Fe(OH)2沉淀生成；煅燒中，為了得到較為純凈的Fe2O3，需要將亞鐵完全氧化為三價(jià)鐵，除了適當(dāng)?shù)臏囟韧�，還需要采取的措施是向反應(yīng)容器中補(bǔ)充適量空氣(氧氣)，故答案為：沒(méi)有；向反應(yīng)容器中補(bǔ)充適量空氣(氧氣)；

(4)①鐵離子顏色呈黃色，干擾終點(diǎn)判斷，而5Fe3+(黃)+2H3PO4=H3[Fe(PO4)2](無(wú)色)+3H+，消除了鐵離子干擾，故答案為：消除Fe3+的顏色干擾；

②待測(cè)液消耗的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.02mol/L×VmL×10-3L/mL=2V×10-5mol，根據(jù)反應(yīng):MnO4－+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為：2V×10-5mol×5=V×10-4mol，所以樣品中含有的FeSO47H2O的質(zhì)量為：278g/mol×V×10-4mol=2.78V×10-2g，FeSO47H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：=2.78V%；

故答案為：2.78V。