Question

2．鈦礦工業(yè)中會排放出酸性廢水．含石TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺離子，其綜合利用如圖：

已知：TiO²⁺易水解，只能存在于強(qiáng)酸性溶液中．
（1）寫出步驟Ⅰ發(fā)生反應(yīng)的離子方程式Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（2）步驟Ⅰ后所得溶液中Fe²⁺的檢驗方法是取少量溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，振蕩，溶液不變色；再加入幾滴氯水，溶液變紅色（或取少量溶液于試管中，滴入幾滴鐵氰化鉀溶液，生成藍(lán)色沉淀）；．
（3）從溶液中得到FeSO₄•7H₂O的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌．步驟Ⅲ中反應(yīng)溫度
一般需控制在35℃以下，其目的是防止NH₄HCO₃受熱分解．
（4）步驟Ⅳ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeCO₃+O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．
（5）步驟Ⅲ中，F(xiàn)eCO₃達(dá)到溶解平衡時，若室溫下測得溶液的pH為8.5，c（Fe²⁺）=1×10^-6mol•L^-1．試判斷所得的FeCO₃中沒有（填“有”或“沒有”）F（OH）₂（己知Fe（OH）₂（已知Fe（OH）₂的K_sp為8×10^-16）
（6）向“富TiO²⁺溶液”中加入Na₂CO₃粉末得到固體TiO₂•nH₂O．請用化學(xué)原理解釋其原因．

Answer 1

分析 鈦礦工業(yè)中的酸性廢水富含Ti、Fe等元素，含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等離子，加入鐵粉還原鐵離子得到亞鐵離子，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過濾洗滌、干燥得到硫酸亞鐵晶體，配制成溶液調(diào)節(jié)溶液PH5-5.8范圍內(nèi)，加入足量碳酸氫銨，過濾得到碳酸亞鐵沉淀，在坩堝中灼燒得到氧化鐵，過濾后得到富含的TiO²⁺溶液，加入Na₂CO₃粉末與H⁺反應(yīng)，降低了溶液中c（H⁺），使平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•n H₂O+2H⁺向生成TiO₂•n H₂O的方向移動，可得到TiO₂粗產(chǎn)品，以此解答該題，
（1）步驟Ⅰ發(fā)生反應(yīng)是加入鐵粉，是和鐵離子、氫離子發(fā)生反應(yīng)；
（2）檢驗亞鐵離子的方法可以是加入KSCN溶液再通入氯氣或利用特征試劑鐵氰化鉀檢驗；
（3）操作A是溶液中得到溶質(zhì)固體，方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥，碳酸氫銨受熱分解；
（4）步驟Ⅳ發(fā)生反應(yīng)是碳酸亞鐵高溫灼燒生成氧化鐵和二氧化碳；
（5）室溫下測得溶液的pH為8.5，c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-8.5}}$=1×10^-5.5，由溶度積常數(shù)計算；
（6）富含的TiO²⁺溶液，加入Na₂CO₃粉末與H⁺反應(yīng)，降低了溶液中c（H⁺），平衡正向進(jìn)行；

解答 解：鈦礦工業(yè)中的酸性廢水富含Ti、Fe等元素，含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等離子，加入鐵粉還原鐵離子得到亞鐵離子，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過濾洗滌、干燥得到硫酸亞鐵晶體，配制成溶液調(diào)節(jié)溶液PH5-5.8范圍內(nèi)，加入足量碳酸氫銨，過濾得到碳酸亞鐵沉淀，在坩堝中灼燒得到氧化鐵，過濾后得到富含的TiO²⁺溶液，加入Na₂CO₃粉末與H⁺反應(yīng)，降低了溶液中c（H⁺），使平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•n H₂O+2H⁺向生成TiO₂•n H₂O的方向移動，可得到TiO₂粗產(chǎn)品，
（1）步驟Ⅰ發(fā)生反應(yīng)是加入鐵粉，首先發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，其次發(fā)生Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（2）步驟Ⅰ后所得溶液中Fe²⁺的檢驗方法是：取少量溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，振蕩，溶液不變色；再加入幾滴氯水，溶液變紅色（或取少量溶液于試管中，滴入幾滴鐵氰化鉀溶液，生成藍(lán)色沉淀），
故答案為：取少量溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，振蕩，溶液不變色；再加入幾滴氯水，溶液變紅色（或取少量溶液于試管中，滴入幾滴鐵氰化鉀溶液，生成藍(lán)色沉淀）；
（3）操作A是溶液中得到溶質(zhì)固體，方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥，步驟Ⅲ中反應(yīng)溫度
一般需控制在35℃以下，其目的是：為了避免溫度過高碳酸氫銨分解，減少鐵離子的水解程度，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；為了避免溫度過高碳酸氫銨分解，減少鐵離子的水解程度；
（4）步驟Ⅳ發(fā)生反應(yīng)是碳酸亞鐵高溫灼燒生成氧化鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeCO₃+O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案為：4FeCO₃+O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（5）室溫下測得溶液的pH為8.5，c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-8.5}}$=1×10^-5.5，由題中數(shù)據(jù)可知，溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜K_sp[Fe（OH）₂]=8×10^-16，故無Fe（OH）₂沉淀生成，
故答案為：沒有；
（6）富含的TiO²⁺溶液，加入Na₂CO₃粉末與H⁺反應(yīng)，降低了溶液中c（H⁺），使平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•n H₂O+2H⁺向生成TiO₂•n H₂O的方向移動，可得到TiO₂粗產(chǎn)品，
故答案為：因為存在TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•nH₂O+2H⁺，當(dāng)加入Na₂CO₃后，CO₃^2-結(jié)合H⁺，c（H⁺）減小，TiO²⁺水解平衡正向移動；

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)實驗基本操作方法的綜合應(yīng)用，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、實驗?zāi)芰Φ目疾椋�注意把握實驗的原理和目的，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，試題有利于提高學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>