Question

18．用含F(xiàn)eSO₄、H₂SO₄的廢液[含少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄]為原料生產(chǎn)鐵紅和乳酸亞鐵（補血劑的主要成份）．其生產(chǎn)流程如下：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中可以電離為TiO²⁺和SO₄^2-．
請回答以下問題：
（1）步驟①中分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作是過濾
（2）步驟④反應(yīng)后的生成物B的化學式（NH₄）₂SO₄
（3）用平衡移動的原理解釋步驟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，使碳酸亞鐵溶解得到乳酸亞鐵溶液
（4）步驟⑥須控制一定的真空度，有兩個原因：其一是有利于水的蒸發(fā)，其二是防止Fe²⁺被氧化
（5）濾渣的主要成分為TiO₂•xH₂O，寫出TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的離子方程式TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺
（6）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)的量之比是1：4
（7）取步驟②中所得晶體樣品ag經(jīng)步驟③得到的鐵紅含bmolFe₂O₃，則步驟②中所得晶體FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)$\frac{556b}{a}$（用含a、b式子表示）

Answer 1

分析 廢液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，加鐵屑，F(xiàn)e與H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃反應(yīng)生成FeSO₄，TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O，過濾，濾渣為TiO₂•xH₂O、Fe，濾液為FeSO₄，F(xiàn)eSO₄溶液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到硫酸亞鐵晶體，脫水、煅燒得到氧化鐵；FeSO₄溶液中加碳酸氫銨碳酸亞鐵沉淀、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，乳酸亞鐵溶液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到乳酸亞鐵晶體，
（1）實現(xiàn)固體和液體的分離用過濾的方法；
（2）碳酸氫銨與硫酸亞鐵發(fā)生雙水解反應(yīng)生成碳酸亞鐵、二氧化碳氣體、硫酸銨和水，據(jù)此判斷B；
（3）根據(jù)沉淀溶解平衡的移動以及碳酸根離子乳酸之間反應(yīng)的原理來回答；
（4）亞鐵離子易被氧氣氧化；
（5）根據(jù)水解原理：鹽+水=酸+堿，結(jié)合水解產(chǎn)物是TiO₂•xH₂O來書寫；
（6）根據(jù)氧化還原方程式并結(jié)合概念確定氧化劑和還原劑，進而確定物質(zhì)的量之比；
（7）根據(jù)鐵元素質(zhì)量守恒可知硫酸亞鐵晶體的物質(zhì)的量，然后計算出樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：廢液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，加鐵屑，F(xiàn)e與H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃反應(yīng)生成FeSO₄，TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O，過濾，濾渣為TiO₂•xH₂O、Fe，濾液為FeSO₄，F(xiàn)eSO₄溶液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到硫酸亞鐵晶體，脫水、煅燒得到氧化鐵；FeSO₄溶液中加碳酸氫銨碳酸亞鐵沉淀、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，乳酸亞鐵溶液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到乳酸亞鐵晶體，
（1）分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作是過濾，
故答案為：過濾； 
（2）步驟④的碳酸氫銨和硫酸亞鐵反應(yīng)生成碳酸亞鐵、硫酸銨、二氧化碳氣體和水，所以得到的B為（NH₄）₂SO₄，
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（3）根據(jù)碳酸鐵的沉淀溶解平衡原理：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入乳酸，這樣CO₃^2-與乳酸反應(yīng)濃度降低，平衡向右移動，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，使碳酸亞鐵溶解得到乳酸亞鐵溶液；
（4）亞鐵離子易被氧氣氧化，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；
（5）TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化學方程式為：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄，改寫成離子方程式為：TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺，
故答案為：TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺；
（6）硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫的方程式為：4FeSO₄+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃，氧化劑是氧氣，還原劑是氧化鐵，所以氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1：4，
故答案為：1：4；
（7）②中所得晶體樣品ag經(jīng)步驟③得到的鐵紅含bmolFe₂O₃，根據(jù)鐵元素質(zhì)量守恒可知ag硫酸亞鐵晶體樣品中含有FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量為：2bmol，
所以晶體中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{278g/mol×2bmol}{ag}$=$\frac{556b}{a}$，
故答案為：$\frac{556b}{a}$．

點評 本題考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計方法，題目難度中等，明確制備原理及常見物質(zhì)的性質(zhì)為解答關(guān)鍵，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．