Question

四川攀枝花蘊藏豐富的釩、鈦、鐵資源．用鈦鐵礦渣（主要成分為TiO₂、FeO、Fe₂O₃，Ti的最高化合價為+4）作原料，生產(chǎn)白色顏料二氧化鈦的主要步驟如圖：

請回答下列問題：
（1）硫酸與二氧化鈦反應的化學方程式是______．
（2）向濾液Ⅰ中加入鐵粉，發(fā)生反應的離子方程式為：______、______．
（3）在實際生產(chǎn)過程中，向沸水中加入濾液Ⅲ，使混合液pH達0.5，鈦鹽開始水解．水解過程中不斷通入高溫水蒸氣，維持溶液沸騰一段時間，鈦鹽充分水解析出水合二氧化鈦沉淀．請用所學化學平衡原理分析通入高溫水蒸氣的作用：______．過濾分離出水合二氧化鈦沉淀后，將濾液返回的主要目的是充分利用濾液中的鈦鹽、______、______、______（填化學式），減少廢物排放．
（4）A可用于生產(chǎn)紅色顏料（Fe₂O₃），其方法是：將556akgA（摩爾質量為278g/mol）溶于水中，加入過量氫氧化鈉溶液恰好完全反應，鼓入足量空氣攪拌，產(chǎn)生紅褐色膠體，再向紅褐色膠體中加入3336bkgA和112ckg鐵粉，鼓入足量空氣攪拌，反應完全后，有大量Fe₂O₃附著在膠體粒子上以沉淀形式析出；過濾后，沉淀經(jīng)高溫灼燒得紅色顏料，若所得濾液中溶質只有硫酸鈉和硫酸鐵，則理論上可生產(chǎn)紅色顏料______kg．

Answer 1

解：（1）依據(jù)酸的通性，可以與金屬氧化物反應，又知道TI的化合價，可以寫出化學方程式為：TiO₂+2H₂SO₄=Ti₂（SO₄）₂+2H₂O或TiO₂+H₂SO₄=TiOSO₄+H₂O；
故答案為：TiO₂+2H₂SO₄=Ti₂（SO₄）₂+2H₂O或TiO₂+H₂SO₄=TiOSO₄+H₂O；
（2）加入濃硫酸后，濃硫酸可以氧化亞鐵離子，再加入鐵粉，鐵粉可以還原鐵離子，鐵粉還可以與溶液中的H⁺反應，反應的離子方程式為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（3）影響鈦鹽水解的因素有濃度、溫度等，由Ti（SO₄）₂水解呈酸性，知沸水、高溫水蒸氣、維持溶液沸騰等均為升溫，沸水、高溫水蒸氣即加水且降低H⁺濃度，故高溫水蒸氣使水解平衡移動的作用是：加水、加熱、降低H⁺濃度均可促進鈦鹽水解．根據(jù)該工藝流程知：濾液Ⅲ的主要成分為大量的鈦鹽、溶解的硫酸亞鐵、少量的硫酸（混合液pH達0.5）等，鈦鹽水解后過濾去水合二氧化鈦，得到的濾液中含有未水解的鈦鹽及FeSO₄、H₂SO₄、H₂O等．
故答案為：加入促進鈦鹽水解，加熱促進鈦鹽水解，降低H⁺濃度促進鈦鹽水解；H₂O； FeSO₄； H₂SO₄；
（4）依題意A與適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應，F(xiàn)eSO₄+2NaOH=Na₂SO₄+Fe（OH）₂↓，根據(jù)開始加入A為2a×10³mol，可知加入氫氧化鈉為4a×10³mol；后來又加入12b×10³mol的A和2c×10³mol的鐵，由Na₂SO₄ 、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Fe₂O₃等化學式的定量組成和守恒思想分別可求得以下各量：利用Na⁺離子守恒，n（NaOH）=2n（Na₂SO₄），可知Na₂SO₄物質的量為2a×10³mol；利用SO₄^2-離子守恒，n（FeSO₄）=n（Na₂SO₄）+3n[Fe₂（SO₄）₃]，可知Fe₂（SO₄）₃物質的量為（2a+12b-2a）×10³mol×=4b×10³mol；利用Fe元素守恒，n（FeSO₄）+n（Fe）=2 n[Fe₂（SO₄）₃]+2n（Fe₂O₃），可知n（Fe₂O₃）=（2a+12b+2c-4b×2）×10³mol×=（a+2b+c）×10³mol，計算得m（Fe₂O₃）=（160a+320b+160c）kg；
故答案為：160a+320b+160c
分析：（1）依據(jù)流程分析，硫酸與二氧化鈦反應是發(fā)生的復分解反應；
（2）鈦鐵礦渣（主要成分為TiO₂、FeO、Fe₂O₃，Ti的最高化合價為+4）作原料溶解于硫酸過濾后得到濾液中含有鐵離子、亞鐵離子、過濾的硫酸，加入鐵粉和鐵離子反應，和酸反應；
（3）影響鈦鹽水解的因素有濃度、溫度等，由Ti（SO₄）₂水解呈酸性，知沸水、高溫水蒸氣、維持溶液沸騰等均為升溫，沸水、高溫水蒸氣即加水且降低H⁺濃度，故高溫水蒸氣使水解平衡移動的作用是：加水、加熱、降低H⁺濃度均可促進鈦鹽水解；
（4）考慮最后溶質是只有硫酸鈉和硫酸鐵，根據(jù)開始加入A為2a×10³mol加入適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應．，說明加入氫氧化鈉的物質的量為4a×10³mol，后來又加入12b×10³mol的A，和2c×10³mol的鐵．根據(jù)電荷守恒，溶質中硫酸鈉消耗硫酸根離子為2a×10³mol，．而溶液中加入的硫酸根離子物質的量共計為（2a+12b）×10³mol，這樣剩下的硫酸根就與鐵離子結合．可知消耗鐵離子為8b×10³mol，根據(jù)鐵元素守恒；
點評：本題考查了化學工藝流程的分析判斷，解答化工工藝流程題要全面分析理解流程中各個步驟各有何作用（即各工藝流程的目的是什么）、依次涉及何種反應原理、原料、產(chǎn)品、雜質、副產(chǎn)品等成分是什么、這些物質間如何進行轉化等，在此基礎上，根據(jù)各設問，步步深入，進行快速解答．