Question

【題目】利用酸解法制鈦白粉產(chǎn)生的廢液[含有大量的FeSO4、H2SO4和少量的Fe2（SO4）3、TiOSO4]生產(chǎn)鐵紅和補(bǔ)血?jiǎng)┤樗醽嗚F的工藝流程如圖所示：

已知:TiOSO4可溶于水，在水中可以電離為TiO2+和SO42-，TiO2+水解成TiO2·xH2O沉淀為可逆反應(yīng)；乳酸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3CH（OH）COOH。

回答下列問(wèn)題：

（1）TiOSO4中鈦元素的化合價(jià)是____________，步驟①中分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作是___________。

（2）濾渣的主要成分為TiO2·xH2O，結(jié)合離子方程式解釋得到濾渣的原因：________。

（3）從硫酸亞鐵溶液中得到硫酸亞鐵晶體的操作方法是____________________；硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫，該反應(yīng)的氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為______。

（4）步驟④中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________。

（5）步驟⑥必須控制一定的真空度，原因是有利于蒸發(fā)水以及____________________。

（6）實(shí)驗(yàn)室中檢驗(yàn)溶液B中主要陽(yáng)離子的方法是______________________。

Answer 1

【答案】+4 過(guò)濾 TiO2++（x+1）H2OTiO2xH2O+2H+,鐵屑與H+反應(yīng)，c（H+）降低，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，促使TiO2+轉(zhuǎn)化為TiO2xH2O 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾 1: 4 Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑ 防止Fe2+被氧化 取少量溶液B于試管中，加人NaOH溶液，加熱，將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙靠近試管口，石蕊試紙變藍(lán)，說(shuō)明溶液B中含有NH4+

【解析】

由流程圖可知，廢液中加入鐵屑，Fe與H2SO4和少量Fe2（SO4）3反應(yīng)生成FeSO4，溶液的pH增大，促進(jìn)TiOSO4的水解沉淀，TiOSO4完全水解生成TiO2xH2O沉淀，過(guò)濾，濾渣為TiO2xH2O和Fe，濾液為FeSO4溶液；FeSO4溶液通過(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，硫酸亞鐵晶體脫水、煅燒得到氧化鐵；FeSO4溶液中加碳酸氫銨，兩者反應(yīng)生成碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨和二氧化碳，碳酸亞鐵沉淀加乳酸溶解生成乳酸亞鐵溶液和二氧化碳，乳酸亞鐵溶液通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到乳酸亞鐵晶體。

（1）由化合價(jià)代數(shù)和為0可知，TiOSO4中鈦元素的化合價(jià)是+4價(jià)；步驟①中分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作是過(guò)濾，故答案為：+4；過(guò)濾；

（2）TiOSO4在溶液中水解生成TiO2xH2O，水解的離子方程式為：TiO2++（x+1）H2OTiO2xH2O+2H+，加入鐵屑，鐵與H+反應(yīng)，溶液中c（H+）降低，水解平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，促使TiO2+轉(zhuǎn)化為TiO2xH2O沉淀，故答案為：TiO2++（x+1）H2OTiO2xH2O+2H+,鐵屑與H+反應(yīng)，c（H+）降低，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，促使TiO2+轉(zhuǎn)化為TiO2xH2O；

（3）FeSO4溶液通過(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；硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeSO4+O2 2Fe2O3

+4SO3，氧化劑是氧氣，還原劑是氧化鐵，所以氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1：4，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾；1：4；

（4）步驟④為FeSO4溶液中加碳酸氫銨，兩者反應(yīng)生成碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨和二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑，故答案為：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑；

（5）亞鐵離子易被空氣中氧氣氧化，所以步驟⑥必須控制一定的真空度，這樣有利于蒸發(fā)水還能防止Fe2+被氧化，故答案為：防止Fe2+被氧化；

（6）溶液B為硫酸銨溶液，實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)銨根離子的方法是：取少量溶液B于試管中，加人NaOH溶液，加熱，將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙靠近試管口，石蕊試紙變藍(lán)，說(shuō)明溶液B中含有NH4+，故答案為：取少量溶液B于試管中，加人NaOH溶液，加熱，將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙靠近試管口，石蕊試紙變藍(lán)，說(shuō)明溶液B中含有NH4+。