Question

2．利用酸解法制鈦白粉產(chǎn)生的廢液[含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄]，生產(chǎn)鐵紅和補(bǔ)血?jiǎng)┤樗醽嗚F．其生產(chǎn)步驟如圖：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中可以電離為TiO²⁺和SO₄^2-．
請(qǐng)回答：
（1）步驟①中分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作是過(guò)濾．
（2）濾渣的主要成分為TiO₂•xH₂O，寫出TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化學(xué)方程式TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄．
（3）硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫，該反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1：4．
（4）用平衡移動(dòng)的原理解釋步驟⑤中加乳酸能得到乳酸亞鐵的原因FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-與乳酸反應(yīng)濃度降低，平衡向右移動(dòng)，使碳酸亞鐵溶解得到乳酸亞鐵溶液．
（5）步驟④的離子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑．
（6）步驟⑥必須控制一定的真空度，原因是有利于蒸發(fā)水以及防止Fe²⁺被氧化．
（7）為測(cè)定步驟②中所得晶體中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取晶體樣品a g，溶于稀硫酸配成100.00mL溶液，取出20.00mL溶液，用KMnO₄溶液滴定（雜質(zhì)與KMnO₄不反應(yīng)）．若消耗0.1000mol•L^-1 KMnO₄溶液20.00mL，所得晶體中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.9/a（用a表示）

Answer 1

分析 （1）分離難溶固體和溶液的方法是用過(guò)濾．
（2）已知TiOSO₄可溶于水，在水中可以電離為TiO²⁺和SO₄^2-，所以水解產(chǎn)物除生成TiO₂•xH₂O外，還有H₂SO₄．
（3）硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫，根據(jù)電子得失守恒，化合價(jià)升降總數(shù)相等可算出氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比．
（4）根據(jù)碳酸亞鐵的溶解平衡，乳酸會(huì)消耗CO₃^2-，CO₃^2-濃度降低后引起平衡移動(dòng)．
（5）根據(jù)反應(yīng)物和目標(biāo)產(chǎn)物，特別是第5步加乳酸也產(chǎn)生了氣體A，則可以確定氣體A是二氧化碳．
（6）二價(jià)鐵離子還原性強(qiáng)，易被氧化，第6步不要與氧氣接觸．
（7）用KMnO₄與FeSO₄•7H₂O的關(guān)系來(lái)計(jì)算FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量，再計(jì)算出FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量，便可算出質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解
（1）分離難溶固體和溶液的方法是用過(guò)濾．所以分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作是過(guò)濾．
故答案為：過(guò)濾
（2）已知TiOSO₄可溶于水，在水中可以電離為TiO²⁺和SO₄^2-，所以水解產(chǎn)物除生成TiO₂•xH₂O外，還有H₂SO₄．
故答案為：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄
（3）硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫，說(shuō)明氧化劑是O₂，還原劑是FeSO₄；1個(gè)O₂下降4價(jià)，1個(gè)Fe²⁺上升1價(jià)，所以氧化劑與還原劑的關(guān)系為：O₂ ～4FeSO₄ ．
故答案為：1：4
（4）溶解平衡為：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），第5步加乳酸會(huì)消耗CO₃^2-，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，CO₃^2-濃度降低后引起平衡右移，使碳酸亞鐵溶解得到乳酸亞鐵溶液．
故答案為：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-與乳酸反應(yīng)濃度降低，平衡向右移動(dòng)，使碳酸亞鐵溶解得到乳酸亞鐵溶液
（5）第4步的反應(yīng)物是FeSO₄與NH₄HCO₃，產(chǎn)物有碳酸亞鐵和氣體A，第5步加乳酸也產(chǎn)生了氣體A，則可以確定氣體A是二氧化碳，參加反應(yīng)的離子是Fe²⁺與HCO₃^-，產(chǎn)物有碳酸亞鐵和二氧化碳，還有水生成．
故答案為：Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑
（6）二價(jià)鐵離子還原性強(qiáng)，易被氧化，第6步不要與氧氣接觸．所以步驟6必須控制一定的真空度．
故答案為：防止Fe²⁺被氧化
（7）KMnO₄與FeSO₄•7H₂O發(fā)生氧化還原反應(yīng)，關(guān)系式為：KMnO₄ ～5 FeSO₄•7H₂O，n（KMnO₄）=C（KMnO₄）•V（KMnO₄）=0.1000mol•L^-1 ×20.00×10^-3 L，
所以n（FeSO₄•7H₂O）=5n（KMnO₄）=5×0.1000mol•L^-1 ×20.00×10^-3 L，
所以m（FeSO₄•7H₂O）=n（FeSO₄•7H₂O）•M（FeSO₄•7H₂O）=5×0.1000mol•L^-1 ×20.00×10^-3 L×278g•mol^-1=2.78 g，這是做實(shí)驗(yàn)用到的一部分20ml，一共是100ml，所以FeSO₄•7H₂O的總質(zhì)量=2.78 g×5=13.9 g，樣品有a g，所以晶體中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：13.9/a
故答案為：13.9/a

點(diǎn)評(píng) 考查分離提純的操作簡(jiǎn)單；水解離子方程式的書寫要用到題中所給信息；陌生離子方程式的書寫要從化工工藝流程中獲取有用信息，對(duì)學(xué)生的要求較高；對(duì)氧化還原反應(yīng)的考查較多，特別是定量計(jì)算，尋找關(guān)系式，都要用到得失電子守恒，化合價(jià)升降總數(shù)相等的知識(shí)，氧化還原反應(yīng)的滴定是一個(gè)難點(diǎn)．平衡移動(dòng)的知識(shí)考查了溶解平衡的知識(shí)，難度適中．