Question

13．利用酸解法制鈦白粉產(chǎn)生的廢液[含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄]，生產(chǎn)鐵紅和補血劑乳酸亞鐵．其生產(chǎn)步驟如圖：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中可以電離為TiO²⁺和SO₄^2-．
請回答：
（1）步驟①中分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作是過濾．
（2）濾渣的主要成分為TiO₂•xH₂O，寫出TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化學方程式TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄．
（3）硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫，該反應中氧化劑和還原劑的物質的量之比為1：4．
（4）用平衡移動的原理解釋步驟⑤中加乳酸能得到乳酸亞鐵的原因FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-與乳酸反應濃度降低，平衡向右移動，使碳酸亞鐵溶解得到乳酸亞鐵溶液．
（5）步驟④的離子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑．
（6）步驟⑥必須控制一定的真空度，原因是有利于蒸發(fā)水以及防止Fe²⁺被氧化．
（7）為測定步驟②中所得晶體中FeSO₄•7H₂O的質量分數(shù)，取晶體樣品a g，溶于稀硫酸配成100.00mL溶液，取出20.00mL溶液，用KMnO₄溶液滴定（雜質與KMnO₄不反應）．若消耗0.1000mol•L^-1 KMnO₄溶液20.00mL，所得晶體中FeSO₄•7H₂O的質量分數(shù)為$\frac{13.9}{a}$（用含a的代數(shù)式表示）．

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、冷卻結晶、過濾洗滌得到乳酸亞鐵晶體；
（1）分離難溶固體和溶液的方法是用過濾．
（2）已知TiOSO₄可溶于水，在水中可以電離為TiO²⁺和SO₄^2-，所以水解產(chǎn)物除生成TiO₂•xH₂O外，還有H₂SO₄．
（3）硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫，根據(jù)電子得失守恒，化合價升降總數(shù)相等可算出氧化劑和還原劑的物質的量之比．
（4）根據(jù)碳酸亞鐵的溶解平衡，乳酸會消耗CO₃^2-，CO₃^2-濃度降低后引起平衡移動．
（5）根據(jù)反應物和目標產(chǎn)物，特別是第5步加乳酸也產(chǎn)生了氣體A，則可以確定氣體A是二氧化碳．
（6）二價鐵離子還原性強，易被氧化，第6步不要與氧氣接觸．
（7）用KMnO₄與FeSO₄•7H₂O的關系來計算FeSO₄•7H₂O的物質的量，再計算出FeSO₄•7H₂O的質量，便可算出質量分數(shù)．

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、冷卻結晶、過濾洗滌得到乳酸亞鐵晶體；
（1）分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作是過濾，故答案為：過濾；
（2）TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化學方程式為：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄，故答案為：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄；
（3）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\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃，氧化劑是氧氣，還原劑是氧化鐵，所以氧化劑和還原劑的物質的量之比為1：4，
故答案為：1：4；
（4）根據(jù)碳酸鐵的沉淀溶解平衡原理：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入乳酸，這樣CO₃^2-與乳酸反應濃度降低，平衡向右移動，使碳酸亞鐵溶解得到乳酸亞鐵溶液，
故答案為：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-與乳酸反應濃度降低，平衡向右移動，使碳酸亞鐵溶解得到乳酸亞鐵溶液；
（5）步驟④的離子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑，故答案為：Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
（6）亞鐵離子易被氧氣氧化，所以步驟⑥必須控制一定的真空度，這樣有利于蒸發(fā)水還能防止Fe²⁺被氧化，故答案為：防止Fe²⁺被氧化；
（7）亞鐵離子會被高錳酸鉀氧化為三價鐵離子，本身被還原為+2價的錳離子，根據(jù)電子守恒，即5FeSO₄•7H₂O～KMnO₄，根據(jù)消耗0.1000mol•L^-1 KMnO₄溶液20.00mL，所以晶體中FeSO₄•7H₂O的質量分數(shù)=$\frac{0.100mol/L×0.02L×5×5×278g/mol}{a}$×100%=$\frac{13.9}{a}$，故答案為：$\frac{13.9}{a}$．

點評 考查分離提純的操作簡單；水解離子方程式的書寫要用到題中所給信息；陌生離子方程式的書寫要從化工工藝流程中獲取有用信息，對學生的要求較高；對氧化還原反應的考查較多，特別是定量計算，尋找關系式，都要用到得失電子守恒，化合價升降總數(shù)相等的知識，氧化還原反應的滴定是一個難點．平衡移動的知識考查了溶解平衡的知識，難度適中．