Question

4．工業(yè)制鈦白粉產(chǎn)生的廢液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，可利用酸解法生產(chǎn)補血劑乳酸亞鐵．其生產(chǎn)流程如圖1：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中電離為TiO²⁺和SO₄^2-．請回答下列問題：
（1）寫出TiOSO₄水解生成鈦酸H₄TiO₄的離子方程式TiO²⁺+3H₂O═H₄TiO₄+2H⁺（．步驟①中加入足量鐵屑的目的是將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，消耗溶液中的H⁺促進TiO²⁺水解．
（2）工業(yè)上由H₄TiO₄可制得鈦白粉TiO₂．TiO₂直接電解還原法（劍橋法）生產(chǎn)鈦是一種較先進的方法，電解質(zhì)為熔融的CaCl₂，原理如圖2所示，陰極的電極反應(yīng)為TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-．
（3）步驟②的離子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，所得副產(chǎn)品主要是（NH₄）₂SO₄（填化學(xué)式）．
（4）步驟④的結(jié)晶過程中必須控制一定的真空度，原因是防止Fe²⁺被空氣中的氧氣氧化．
（5）乳酸可由乙烯經(jīng)下列步驟合成：

酸與碳酸亞鐵反應(yīng)轉(zhuǎn)化為乳酸亞鐵晶體的產(chǎn)率為90%，則生產(chǎn)468kg乳酸亞鐵晶體（M=234g/mol）需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下的乙烯99.6m³．

Answer 1

分析 （1）TiOSO₄水解實際上是TiO²⁺水解；加入鐵粉能將Fe³⁺還原為Fe²⁺，消耗溶液中的H⁺促進TiO²⁺水解；
（2）陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）由流程圖可知，硫酸亞鐵與碳酸氫銨反應(yīng)是碳酸亞鐵，還生成氣體為二氧化碳，溶液B為硫酸銨溶液；
（4）亞鐵離子易被氧氣氧化；
（5）根據(jù)乳酸生成乳酸亞鐵的物質(zhì)的量之比為2：1，設(shè)需要的乙烯的體積為Xm³，根據(jù)乙烯和乳酸之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系列式計算即可．

解答 解：（1）TiOSO₄水解實際上是TiO²⁺水解，即TiO²⁺和水反應(yīng)生成鈦酸H₄TiO₄，根據(jù)質(zhì)量守恒可知水解的離子方程式為：TiO²⁺+3H₂O═H₄TiO₄+2H⁺；加入鐵粉能將Fe³⁺還原為Fe²⁺，且由于TiO²⁺是弱堿陽離子，鐵粉的加入能消耗溶液中的H⁺促進TiO²⁺水解；
故答案為：TiO²⁺+3H₂O═H₄TiO₄+2H⁺；將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，消耗溶液中的H⁺促進TiO²⁺水解；
（2）電解時，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，和電源負極相連，電極反應(yīng)式為TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
故答案為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
（3）由流程圖可知，硫酸亞鐵與碳酸氫銨反應(yīng)是碳酸亞鐵，還生成氣體為二氧化碳，副產(chǎn)品為硫酸銨溶液，反應(yīng)離子方程式為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑，故答案為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑； （NH₄）₂SO₄；
（4）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；
（5）根據(jù)乳酸生成乳酸亞鐵的物質(zhì)的量之比為2：1，設(shè)需要的乙烯的體積為Xm³，由于乳酸與碳酸亞鐵反應(yīng)轉(zhuǎn)化為乳酸亞鐵晶體的產(chǎn)率為90%，則生成468Kg乳酸亞鐵所需的乙烯的量之間有：$\frac{1000xL}{22.4L/mol}×\frac{1}{2}$=$\frac{\frac{468000g}{234g/mol}}{0.9}$，解得x=99.6，故答案為：99.6．

點評 本題綜合考查物質(zhì)性質(zhì)、電極反應(yīng)的書寫等，要求學(xué)生具有一定分析和解決問題的能力，題目難度中等．