【題目】鈦礦工業(yè)中的硫酸酸性廢水富含Ti、Fe等元素,其綜合利用如下:

已知:TiO2+易水解,只能存在于強酸性溶液中。

(1)TiO2+鈦的化合價為________________________

(2)步驟Ⅰ中檢驗鈦礦廢水中加入鐵屑是否足量的試劑是________________________。

(3)操作a是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、______________________________________________。

(4)步驟Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)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____________________________________。

(5)已知Ksp=[Fe(OH)2] = 8×10-16。步驟Ⅲ中,F(xiàn)eCO3達到溶解平衡時,若室溫下測得溶液的pH為8.5, c(Fe2+) = 1×10-6mol/L。試判斷所得的FeCO3________(填“有”或“沒有”)Fe(OH)2;步驟Ⅳ中,為了得到較為純凈的Fe2O3,除了適當?shù)臏囟韧,還需要采取的措施是_________________。

(6)向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末易得到固體TiO2 nH2O。請結(jié)合原理和化學(xué)用語解釋其原因_________________________________。

【答案】+4 KSCN溶液 過濾、洗滌、干燥 FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH42SO4+H2O+CO2 避免溫度過高碳酸氫銨分解,減少Fe2+的水解或氧化 沒有 向反應(yīng)容器中補充適量的空氣 溶液中存在水解平衡TiO2++(n+1)H2OTiO2nH2O+2H+,加入的Na2CO3粉末與H+反應(yīng),降低了溶液中c(H+),促進水解平衡向生成TiO2nH2O的方向移動

【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,通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,過濾、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,過濾得到碳酸亞鐵沉淀,在坩堝中灼燒得到氧化鐵;過濾后得到富含的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)H2OTiO2n H2O+2H+向生成TiO2n H2O的方向移動,可得到TiO2粗產(chǎn)品,以此解答該題。

(1)離子中各元素化合價代數(shù)和等于離子所帶電荷數(shù)計算,O元素為-2價;

(2)步驟I中檢驗鈦礦廢水中加入鐵屑是否足量的試劑是檢驗是否含鐵離子;

(3)溶液中得到硫酸亞鐵晶體的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,過濾、洗滌、干燥;

(4)步驟Ⅲ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以下,是為了避免溫度過高碳酸氫銨分解,減少Fe2+的水解或氧化;

(5)根據(jù)溶液中c(Fe2+)c2(OH-Ksp[Fe(OH)2]比較,可判斷有無Fe(OH)2沉淀,保證二價鐵被氧化為三價需要多通入空氣或氧氣;

(6)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)H2OTiO2n H2O+2H+向生成TiO2nH2O的方向移動。

(1)離子中各元素化合價代數(shù)和等于離子所帶電荷數(shù)計算,O元素為-2價,則TiO2+鈦的化合價為+4價,

故答案為:+4。

(2)步驟I中檢驗鈦礦廢水中加入鐵屑是否足量的試劑是檢驗是否含鐵離子,可以選擇加入KSCN溶液,溶液變紅色證明鐵加入不足,如溶液不變紅色證明鐵粉加入足量,

故答案為:KSCN溶液。

(3)操作a是溶液中得到硫酸亞鐵晶體,方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,過濾、洗滌、干燥,

故答案為:過濾、洗滌、干燥。

(4)步驟Ⅲ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↓+(NH42SO4+H2O+CO2,反應(yīng)溫度一般需控制在35以下,是為了避免溫度過高碳酸氫銨分解,減少Fe2+的水解或氧化,

故答案為:FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH42SO4+H2O+CO2;避免溫度過高碳酸氫銨分解,減少Fe2+的水解或氧化。

(5)室溫下測得溶液的pH8.5,c(OH-)=1014÷108.5=1×10-5.5,由題中數(shù)據(jù)可知,溶液中c(Fe2+)c2(OH-)=1×10-6×(1×10-5.52=1×10-17<Ksp[Fe(OH)2]=8×10-16,故無Fe(OH)2沉淀生成;步驟Ⅳ中,為了得到較為純凈的Fe2O3,除了適當?shù)臏囟韧,還需要采取的措施是向反應(yīng)容器中補充適量的空氣。

故答案為:沒有;向反應(yīng)容器中補充適量的空氣。

(6)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TiO2n H2O的方向移動,可得到TiO2粗產(chǎn)品,

故答案為:溶液中存在水解平衡TiO2++(n+1)H2OTiO2nH2O+2H+,加入的Na2CO3粉末與H+反應(yīng),降低了溶液中c(H+),促進水解平衡向生成TiO2nH2O的方向移動。

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反應(yīng)Ⅰ:

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