Question

四川攀枝花蘊(yùn)藏豐富的釩、鈦、鐵資源。用鈦鐵礦渣（主要成分為TiO2、FeO、Fe₂O₃,Ti的最高化合價(jià)為+4）作原料，生產(chǎn)白色顏料二氧化鈦的主要步驟如下：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

硫酸與二氧化鈦反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________________________。

向?yàn)V液I中加入鐵粉，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：_________________________、_______________________________________。

(3)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，向沸水中加入濾液Ⅲ，使混合液pH達(dá)0.5，鈦鹽開(kāi)始水解。水解過(guò)程中不斷通入高溫水蒸氣，維持溶液沸騰一段時(shí)間，鈦鹽充分水解析出水合二氧化鈦沉淀。請(qǐng)用所學(xué)化學(xué)平衡原理分析通入高溫水蒸氣的作用：_______________________________________________。

過(guò)濾分離出水合二氧化鈦沉淀后，將濾液返回的主要目的是充分利用濾液中的鈦鹽、___________、______________、_______________________（填化學(xué)式），減少?gòu)U物排放。

（4）A可用于生產(chǎn)紅色顏料（Fe₂O₃）,其方法是：將556a kg A（摩爾質(zhì)量為278 g/mol）溶于水中，加入適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應(yīng)，鼓入足量空氣攪拌，產(chǎn)生紅褐色膠體；再向紅褐色膠體中加入3336b kg A和112c kg鐵粉，鼓入足量空氣攪拌，反應(yīng)完成后，有大量Fe₂O₃附著在膠體粒子上以沉淀形式析出；過(guò)濾后，沉淀經(jīng)高溫灼燒得紅色顏料。若所得濾液中溶質(zhì)只有硫酸鈉和硫酸鐵，則理論上可生產(chǎn)紅色顏料_______________________kg。

Answer 1

(1) 或

(2)      

(3) 加水促進(jìn)鈦鹽水解，加熱促進(jìn)鈦鹽水解，降低濃度促進(jìn)鈦鹽水解

                  

(4)

解析:

本題考查元素化合物知識(shí)、鹽類水解知識(shí)和工藝流程分析能力。該工藝流程過(guò)程是：濃硫酸溶解礦為Ti⁴⁺、Fe^2＋和Fe^3＋鹽濾去礦渣得濾液I→加入過(guò)量鐵粉濾液中的Fe^3＋被還原為Fe^2＋，消耗溶液中的H^＋，過(guò)濾得濾液II→降溫、過(guò)濾后得到綠礬和濾液III→調(diào)整pH促進(jìn)Ti⁴⁺水解，過(guò)濾→濾液中的H^＋、H₂O和Fe^2＋仍能循環(huán)使用。（3）水解為吸熱反應(yīng)，高溫水蒸氣能夠促進(jìn)Ti⁴⁺的水解。（4）明確該制備過(guò)程的目的和作用，才能得出量的關(guān)系。第一階段FeSO₄與NaOH恰好完全反應(yīng)：FeSO₄+2NaOH=Fe(OH)₂+Na₂SO₄，鼓入空氣后該部分的鐵元素最終都轉(zhuǎn)化為Fe₂O₃，則生成的Fe₂O₃的質(zhì)量（m₁）為

2FeSO₄~4NaOH~Fe₂O₃

556            160

556akg         m₁

m₁=160akg

鐵粉用于消耗溶液的酸性，根據(jù)題意在氧氣作用下，最終加入的FeSO₄和Fe，也轉(zhuǎn)化為Fe₂(SO₄)₃和Fe₂O₃。根據(jù)鐵元素守恒，可有如下轉(zhuǎn)化關(guān)系：

6FeSO₄~2Fe₂(SO₄)₃~Fe₂O₃

278×6            160

3336bkg           m₂

m ₂=320bkg

2Fe     ~    Fe₂O₃

112           160

112ckg        m₃

m ₃=160ckg。

【技巧點(diǎn)撥】本題利用了守恒法和關(guān)系式法，使計(jì)算省去了繁瑣的過(guò)程，當(dāng)然守恒法和關(guān)系式法是建立在對(duì)所涉及到的反應(yīng)數(shù)量關(guān)系熟練的基礎(chǔ)之上的。常用的守恒法有質(zhì)量守恒、電荷守恒、質(zhì)子守恒、電子守恒等。