Question

6．某工廠對工業(yè)生產(chǎn)鈦白粉產(chǎn)生的廢液進(jìn)行綜合利用，廢液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，可用于生產(chǎn)顏料鐵紅和補血劑乳酸亞鐵．其生產(chǎn)工藝流程如圖1：

已知：①TiOSO₄可溶于水，在水中可以電離為TiO²⁺和SO₄^2-
②TiOSO₄水解的反應(yīng)為：TiOSO₄+（x+1）H₂O→TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄．
請回答：
（1）步驟①所得濾渣的主要成分為TiO₂•xH₂O、Fe，
（2）步驟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，
（3）步驟④需控制反應(yīng)溫度低于35℃，其目的是防止NH₄HCO₃分解，減少Fe³⁺水解，
（4）步驟④的離子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑，
（5）已知：FeCO₃（S）?Fe₂+（aq）+CO₃^2-（aq），試用平衡移動原理解釋步驟⑤生成乳酸亞鐵的原因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，
（6）溶液B常被用于電解生產(chǎn)（NH₄）₂S₂O₈（過二硫酸銨）．電解時均用惰性電極，陽極發(fā)生的電極反應(yīng)可表示為2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，
（7）Fe₃⁺對H₂O₂的分解具有催化作用．利用圖2（a）和（b）中的信息，按圖2（c）裝置（連通的A、B瓶中已充有NO₂氣體）進(jìn)行實驗．可觀察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的深，其原因是H₂O₂分解放熱，使平衡2NO₂═N₂O₄向生成NO₂方向移動．

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溶液中加碳酸氫銨生成碳酸亞鐵沉淀、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）根據(jù)以上分析判斷步驟①所得濾渣的主要成分TiO₂•xH₂O、Fe；
（2）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(jìn)而確定物質(zhì)的量之比；
（3）加入的碳酸氫銨受熱易分解，反應(yīng)時必須降低溫度，溫度高同樣也會加快Fe²⁺的水解；
（4）由流程圖可知，硫酸亞鐵與碳酸氫銨反應(yīng)是碳酸亞鐵，還生成氣體為二氧化碳，溶液B為硫酸銨溶液；
（5）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；
（6）B為硫酸銨溶液，通過電解后生成（NH₄）₂S₂O₈和氫氣，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₄^2-在陽極失去電子生成S₂O₈^2-．
（7）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應(yīng)，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色）△H＜0，向逆反應(yīng)方向移動．

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溶液中加碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸亞鐵沉淀、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）由流程分析可知，步驟①所得濾渣的主要成分為TiO₂•xH₂O、Fe，
故答案為：TiO₂•xH₂O、Fe；
（2）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；
（3）FeSO₄溶液中加碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨和二氧化碳，步驟④需控制反應(yīng)溫度低于35℃，其目的是防止NH₄HCO₃分解，減少Fe³⁺水解，
故答案為：防止NH₄HCO₃分解，減少Fe³⁺水解；
（4）由流程圖可知，硫酸亞鐵與碳酸氫銨反應(yīng)是碳酸亞鐵，還生成氣體為二氧化碳，溶液B為硫酸銨溶液，反應(yīng)離子方程式為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑，
故答案為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
（5）碳酸亞鐵的沉淀存在溶解平衡：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；
（6）溶液B為硫酸銨溶液，通過電解后生成（NH₄）₂S₂O₈和氫氣，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₄^2-在陽極失去電子生成S₂O₈^2-，陽極電極反應(yīng)式為：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，
故答案為：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-；
（7）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應(yīng)，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色）△H＜0，向逆反應(yīng)方向移動，即向生成NO₂移動，故B瓶顏色更深，
故答案為：H₂O₂分解放熱，使平衡2NO₂═N₂O₄向生成NO₂方向移動．

點評 本題是化學(xué)工藝流程題目，是一道金屬元素的單質(zhì)以及化合物性質(zhì)的綜合應(yīng)用題目，涉及對原理的理解、實驗條件下的選擇與控制、物質(zhì)的分離提純、氧化還原反應(yīng)、平衡移動原理、滴定計算等，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，題目難度中等．