Question

9．利用鈦礦的酸性廢液（含TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等），可回收獲得FeS₂納米材料、Fe₂O₃和TiO₂•nH₂O等產(chǎn)品，流程如圖：

（1）TiO²⁺中鈦元素的化合價(jià)為+4價(jià)．TiO²⁺只能存在于強(qiáng)酸性溶液中，因?yàn)門iO²⁺易水解生成TiO₂•nH₂O，寫出水解的離子方程式TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•nH₂O+2H⁺．
（2）向富含TiO²⁺的酸性溶液中加入Na₂CO₃粉末能得到固體TiO₂•nH₂O．請(qǐng)用化學(xué)反應(yīng)原理解釋Na₂CO₃消耗H⁺，c（H⁺）減少，使TiO²⁺水解平衡向生成TiO₂•nH₂O方向移動(dòng) ．
（3）NH₄HCO₃溶液與FeSO₄溶液反應(yīng)的離子方程式為Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O ，該反應(yīng)需控制溫度在308K以下，其目的是防止NH₄HCO₃受熱分解和減少Fe²⁺的水解．
（4）已知298K時(shí)，K_sp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，若在生成的FeCO₃達(dá)到沉淀溶解平衡時(shí)，測(cè)得溶液的pH為8.5，c（Fe²⁺）=1.0×10^-5mol•L^-1，則所得的FeCO₃中沒有Fe（OH）₂（填“有”或“沒有”）．
（5）FeS₂納米材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時(shí)的總反應(yīng)為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，則正極的電極反應(yīng)式是FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．

Answer 1

分析 鈦礦的酸性廢液（含TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等），①溶液呈強(qiáng)酸性，該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；冷卻結(jié)晶得到綠礬FeSO₄.7H₂O和含有TiO²⁺的酸性溶液，向溶液加入碳酸鈉粉末，降低溶液酸性，得到TiO₂•nH₂O，
綠礬晶體可制備FeS₂納米材料，將綠礬晶體溶解為FeSO₄溶液，加入足量的碳酸氫銨溶液，發(fā)生反應(yīng)：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，將得到的固體FeCO₃與氧氣煅燒生成Fe₂O₃，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）TiO²⁺中氧元素-2價(jià)，則鈦元素+4；TiO²⁺只能存在于強(qiáng)酸性溶液中，因?yàn)門iO²⁺易水解生成TiO₂•nH₂O，水解的反應(yīng)物為：TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•nH₂O+2H⁺；
故答案為：+4； TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•nH₂O+2H⁺；
（2）含有TiO²⁺的酸性溶液，存在平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•nH₂O+2H⁺，向溶液加入碳酸鈉粉末，Na₂CO₃消耗H⁺，c（H⁺）減少，使TiO²⁺水解平衡向生成TiO₂•nH₂O方向移動(dòng)；
故答案為：Na₂CO₃消耗H⁺，c（H⁺）減少，使TiO²⁺水解平衡向生成TiO₂•nH₂O方向移動(dòng)；
（3）NH₄HCO₃溶液與FeSO₄溶液反應(yīng)生成FeCO₃和二氧化碳，離子方程式為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；該反應(yīng)需控制溫度在308K以下，防止NH₄HCO₃受熱分解和減少Fe²⁺的水解，使FeCO₃的生成損失；
故答案為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；防止NH₄HCO₃受熱分解和減少Fe²⁺的水解；
（4）已知298K時(shí)，K_sp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，若在生成的FeCO₃達(dá)到沉淀溶解平衡時(shí)，測(cè)得溶液的pH為8.5，c（OH^-）=1×10^-5.5，c（Fe²⁺）=1.0×10^-5mol•L^-1，此時(shí)溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-5×（1×10^-5.5）²=1×10^-16＜K_sp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，故無(wú)Fe（OH）₂沉淀生成；
故答案為：沒有；
（5）FeS₂納米材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時(shí)的總反應(yīng)為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發(fā)生還原反應(yīng)，則正極為FeS₂反應(yīng)，反應(yīng)式為：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-；
故答案為：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備、為高考常見題型，題目難度中等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�注意把握�?shí)驗(yàn)的原理和目的，為解答該類題目的關(guān)鍵，注意物質(zhì)的性質(zhì)，結(jié)合題給信息解答，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>