Question

【題目】利用鈦白粉廠廢酸（主要含硫酸、Fe3+、Fe2+、TiO2+、Al3+）制備過二硫酸銨[(NH4)2S2O8]，同時回收TiO(OH)2的簡要流程如下：

已知：i.部分離子完全生成氫氧化物沉淀的pH：

金屬離子	TiO2+	Fe3+	Fe2+	Al3+
開始沉淀的PH	1.2	1.9	7.0	3.2
沉淀完全的pH	2.8	3.1	9.4	4.7

ii.pH>7時，Fe2+部分生成Fe(II)氨絡(luò)離子[Fe(NH3)2]2+。

請回答下列問題：

（1）加入適量鐵的作用是______________________________________。

（2）生成TiO(OH)2的化學(xué)方程式是________________________________。

（3）濾渣I、濾渣Ⅱ中均含有的物質(zhì)的化學(xué)式是___________________________。

（4）加入H2O2的目的是氧化除掉Fe(II)氨絡(luò)離子[Fe(NH3)2]2+，配平下列離子方程式：

2[Fe(NH3)2]2+ +____________+4H2O +H2O2 =___________ + 4NH3·H2O 。

（5）常溫下，電解液中含硫微粒主要存在形式與pH的關(guān)系如下圖所示。

在陽極放電的離子主要為HSO4-，陽極區(qū)電解質(zhì)溶液的pH范圍為___________________________________

（6）已知Ksp[Al(OH)3]=3.2×10-34 ，當(dāng)pH=10 時，求溶液中c(Al3+)=______________

（7）25℃，pH=3的(NH4)2SO4溶液中，計算2c(SO42-)- c(NH4+) =_______mol/L（列式即可）。

Answer 1

【答案】將Fe3+ 還原到Fe2+，避免Fe3+ 和TiO2+ 同時沉淀 TiOSO4+2 NH3·H2O=(NH4)2SO4 +TiO(OH)2↓ Fe(OH)3 4OH- 2Fe(OH)3 0≤pH≤2 3.2×10-22 10-3-10-11

【解析】

加入適量Fe粉，將廢酸(主要含硫酸、Fe3+、Fe2+、TiO2+、Al3+)中的Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+除去，得到含有Fe2+、TiO2+、Al3+的酸性溶液，加入氨水調(diào)節(jié)pH=3，使TiO2+轉(zhuǎn)化為TiO(OH)2沉淀以回收，過濾，濾液中含(NH4)2SO4、FeSO4和Al2(SO4)3溶液，再加氨水調(diào)節(jié)溶液pH=10，過濾除去氫氧化鋁(濾渣I)，還有部分Fe(OH)2沉淀生成，少量的氫氧化亞鐵被氧氣氧化生成Fe(OH)3，得到(NH4)2SO4和[Fe(NH3)2]SO4溶液，加入H2O2氧化除去[Fe(NH3)2]SO4，反應(yīng)為2[Fe(NH3)2]2++4OH-+4H2O+H2O2=2Fe(OH)3+4NH3·H2O，過濾除去Fe(OH)3(濾渣II)，得到(NH4)2SO4溶液，H2SO4酸化后電解生成(NH4)2S2O8，以此解答該題。

(1)根據(jù)題給部分離子完全生成氫氧化物沉淀的pH，加入適量Fe，可將Fe3+還原為Fe2+，避免Fe3+和TiO2+同時沉淀；

(2)生成TiO(OH)2的化學(xué)方程式為TiOSO4+2NH3·H2O=TiO(OH)2↓+(NH4)2SO4；

(3)由以上分析可知濾渣Ⅰ、濾渣Ⅱ均含有的物質(zhì)的化學(xué)式為Fe(OH)3；

(4)H2O2有強氧化性，能氧化生成[Fe(NH3)2]2+生成Fe(OH)3沉淀，反應(yīng)的離子方程式為2[Fe(NH3)2]2++4OH-+4H2O+H2O2=2Fe(OH)3+4NH3·H2O；

(5)根據(jù)圖中電解液中含硫微粒主要存在形式與pH的關(guān)系，陽極放電的離子主要是HSO4-，則陽極區(qū)電解質(zhì)溶液的pH范圍應(yīng)控制在0≤pH≤2；

(6)已知Ksp[Al(OH)3]=3.2×10-34 ，當(dāng)pH=10 時，c(OH-)=10-4mol/L，則溶液中c(Al3+)=mol/L=3.2×10-22 mol/L；

(7)25℃，pH=3的(NH4)2SO4溶液中，電荷守恒c(H+)+c(NH4+)=2c(SO42-)+c(OH-)，則2c(SO42-)-c(NH4+)= c(H+)- c(OH-)=（10-3-10-11）mol/L。