Question

某工廠對(duì)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(bǔ)血?jiǎng)┤樗醽嗚F．其生產(chǎn)工藝流程如下：

已知：①TiOSO₄可溶于水，在水中可以電離為T(mén)iO²⁺和SO₄^2-；
②TiOSO₄水解的反應(yīng)為：TiOSO₄+（x+1）H₂O→TiO₂?xH₂O↓+H₂SO₄．
請(qǐng)回答：
（1）步驟①所得濾渣的主要成分為

 

，分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作中所用的玻璃儀器是

 

；步驟②中得到硫酸亞鐵晶體的操作為蒸發(fā)濃縮、

 

．
（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

 

．
（3）步驟④的離子方程式是

 

．
（4）已知：FeCO₃（S）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），試用平衡移動(dòng)原理解釋步驟⑤生成乳酸亞鐵的原因

 

．
（5）實(shí)驗(yàn)室中常用KMnO₄滴定法測(cè)定晶體中FeSO₄?7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取步驟②中所得FeSO₄?7H₂O晶體樣品a g，配成500.00mL溶液，取出25.00mL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25.00mL，所得晶體中FeSO₄?7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（用a表示）

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

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(guò)濾，濾渣為T(mén)iO₂?xH₂O、Fe，濾液為FeSO₄，F(xiàn)eSO₄溶液通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)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(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌得到乳酸亞鐵晶體；
（1）根據(jù)以上分析判斷；實(shí)現(xiàn)固體和液體的分離用過(guò)濾的方法，過(guò)濾操作使用的儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗；步驟②是從溶液中得到硫酸亞鐵晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌等操作；
（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）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；
（4）根據(jù)沉淀溶解平衡的移動(dòng)以及碳酸根離子乳酸之間反應(yīng)的原理來(lái)回答；
（6）亞鐵離子會(huì)被高錳酸鉀氧化為三價(jià)鐵離子，本身被還原為+2價(jià)的錳離子，根據(jù)電子守恒，則 5 FeSO₄?7H₂O～KMnO₄，令FeSO₄?7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，根據(jù)關(guān)系式列方程計(jì)算．

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(guò)濾，濾渣為T(mén)iO₂?xH₂O、Fe，濾液為FeSO₄，F(xiàn)eSO₄溶液通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)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(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)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T(mén)iO₂?xH₂O、Fe；實(shí)現(xiàn)固體和液體的分離用過(guò)濾的方法，過(guò)濾操作使用的儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗；
步驟②是從溶液中得到硫酸亞鐵晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌等操作；
故答案為：TiO₂?xH₂O、Fe；玻璃棒、燒杯、漏斗；冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌；
（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

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）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↑；
（4）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(dòng)，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；
（6）令FeSO₄?7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，亞鐵離子會(huì)被高錳酸鉀氧化為三價(jià)鐵離子，本身被還原為+2價(jià)的錳離子，根據(jù)電子守恒，則
5 FeSO₄?7H₂O～KMnO₄，
5×278g              1mol
ag×x×

25

500

      0.1000mol/L×0.025L
所以

5×278g

ag×x× 25 500 g

=

1mol

0.1000mol/L×0.025L

解得x=

69.5

a

，
故答案為：

69.5

a

．

點(diǎn)評(píng)：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(duì)原理的理解、實(shí)驗(yàn)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(dòng)原理、滴定計(jì)算等，考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，難度中等．