Question

8．利用硫酸法鈦白粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物（主要成分是綠礬、少量TiO₂及重金屬離子）制備高品質(zhì)氧化鐵紅的工藝過(guò)程如圖1：

（1）原料綠礬需要加入鐵粉進(jìn)行預(yù)處理，其目的為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺（用離子方程式表示）．
（2）利用氨水中和反應(yīng)可以促進(jìn)重金屬離子水解，以便沉淀出去，如圖為pH與除雜率的關(guān)系．氣體A為N₂（填化學(xué)式），調(diào)節(jié)pH適宜范圍為3.2-4.4．
（3）操作1和操作2分別為加熱濃縮、冷卻結(jié)晶
（4）綠礬通過(guò)脫水、鍛燒等工序轉(zhuǎn)化為氧化鐵紅．反應(yīng)為：FeSO₄•7H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO₄•H₂O+6H₂O↑：4FeSO₄•H₂O+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃↑+4H₂O↑
（5）該過(guò)程中可循環(huán)使用的物質(zhì)為FeSO₄（填化學(xué)式）．
（6）若生產(chǎn)1t欽白粉會(huì)產(chǎn)生3t含量為96.5%的綠礬原料，生產(chǎn)中損失5%，則高品質(zhì)氧化鐵紅的產(chǎn)量為0.791t
（7）TiO₂可用于制備海綿鈦：
①已知：
（i）TiO₂（g）+2C1₂（g）═TiC1₄（1）+O₂（g）△H=+141kJ•mol^-1
（ii）TiO₂（g）+C（s）+2C1₂（g）═TiC1₄（1）+CO₂（g）△H=-218kJ•mol^-1
工業(yè)上采用（ii）制備TiC1₄，不能采用（i）的原因是反應(yīng)屬于焓增、熵減的反應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下任何溫度都難以自發(fā)反應(yīng)．02Mg在高溫下還原TiC1₄制備海綿欽的化學(xué)方程式為T(mén)iCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂．

Answer 1

分析 原料綠礬中（主要成分是綠礬、少量TiO₂及重金屬離子），加水溶解再用氨水調(diào)節(jié)PH值，促進(jìn)重金屬離子水解，以便沉淀出去，除去雜質(zhì)，過(guò)濾后得硫酸亞鐵溶液，濾液加熱濃縮、冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得硫酸亞鐵晶體，濾液可循環(huán)利用，硫酸亞鐵晶體煅燒得氧化鐵、三氧化硫，
（1）原料綠礬中亞鐵離子容易被氧化成鐵離子，需要加入鐵粉進(jìn)行預(yù)處理；
（2）空氣中的氧氣能氧化硫酸亞鐵溶液中的亞鐵離子，所以要用氮?dú)飧艚^空氣，根據(jù)圖中pH與除雜率的關(guān)系，可確定PH值；
（3）從硫酸亞鐵溶液中獲得硫酸亞鐵晶體，可以用加熱濃縮、冷卻結(jié)晶方法獲得晶體；
（4）綠礬通過(guò)脫水、鍛燒等工序轉(zhuǎn)化為氧化鐵紅的過(guò)程中FeSO₄•7H₂O生成FeSO₄•H₂O，F(xiàn)eSO₄•H₂O再被空氣中氧化成氧化鐵，根據(jù)元素守恒和元素守恒書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（5）根據(jù)流程分析可知循環(huán)的物質(zhì)；
（6）根據(jù)鐵元素守恒可計(jì)算出氧化鐵紅的產(chǎn)量；
（7）根據(jù)反應(yīng) （i）TiO₂（g）+2C1₂（g）═TiC1₄（1）+O₂（g）△H=+141kJ•mol^-1，（ii）TiO₂（g）+C（s）+2C1₂（g）═TiC1₄（1）+CO₂（g）△H=-218kJ•mol^-1可知，（i）反應(yīng)是吸熱、熵減反應(yīng)，（ii）是放熱、熵增反應(yīng)，Mg在高溫下還原TiC1₄，生成氯化鎂和鈦，據(jù)此答題．

解答 解：原料綠礬中（主要成分是綠礬、少量TiO₂及重金屬離子），加水溶解再用氨水調(diào)節(jié)PH值，促進(jìn)重金屬離子水解，以便沉淀出去，除去雜質(zhì)，過(guò)濾后得硫酸亞鐵溶液，濾液加熱濃縮、冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得硫酸亞鐵晶體，濾液可循環(huán)利用，硫酸亞鐵晶體煅燒得氧化鐵、三氧化硫，
（1）原料綠礬中亞鐵離子容易被氧化成鐵離子，需要加入鐵粉進(jìn)行預(yù)處理，反應(yīng)的離子方程式為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（2）空氣中的氧氣能氧化硫酸亞鐵溶液中的亞鐵離子，所以要用氮?dú)飧艚^空氣，所以氣體A為N₂，根據(jù)圖中pH與除雜率的關(guān)系，可知PH值為3.2-4.4之間除雜率最高，所以調(diào)節(jié)pH適宜范圍為，
故答案為：N₂；3.2-4.4；
（3）從硫酸亞鐵溶液中獲得硫酸亞鐵晶體，可以用加熱濃縮、冷卻結(jié)晶方法獲得晶體，
故答案為：加熱濃縮、冷卻結(jié)晶；
（4）綠礬通過(guò)脫水、鍛燒等工序轉(zhuǎn)化為氧化鐵紅的過(guò)程中FeSO₄•7H₂O生成FeSO₄•H₂O，F(xiàn)eSO₄•H₂O再被空氣中氧化成氧化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeSO₄•H₂O+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃↑+4H₂O↑，
故答案為：4FeSO₄•H₂O+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃↑+4H₂O↑；
（5）根據(jù)流程分析可知循環(huán)的物質(zhì)為 FeSO₄，
故答案為：FeSO₄；
（6）3t含量為96.5%的綠礬原料中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量為2895kg，所以含鐵元素的質(zhì)量為2895kg×$\frac{56}{278}$×100%=583.2kg，根據(jù)鐵元素守恒可知氧化鐵的質(zhì)量為$\frac{160}{56×2}$×583.2×（1-5%）kg=0.791t，
故答案為：0.791；
（7）根據(jù)反應(yīng) （i）TiO₂（g）+2C1₂（g）═TiC1₄（1）+O₂（g）△H=+141kJ•mol^-1，（ii）TiO₂（g）+C（s）+2C1₂（g）═TiC1₄（1）+CO₂（g）△H=-218kJ•mol^-1可知，（i）反應(yīng)是吸熱、熵減反應(yīng)，（ii）是放熱、熵增反應(yīng)，所以采用（ii）制備TiC1₄，不能采用（i）的原因是反應(yīng)（i）屬于焓增、熵減的反應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下任何溫度都難以自發(fā)反應(yīng)，Mg在高溫下還原TiC1₄，生成氯化鎂和鈦，反應(yīng)的化學(xué)方程式為T(mén)iCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂，
故答案為：反應(yīng)屬于焓增、熵減的反應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下任何溫度都難以自發(fā)反應(yīng)；TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，為高考常�?jiàn)題型，難度中等，注意把握實(shí)驗(yàn)的基本原理和物質(zhì)的性質(zhì)．