Question

【題目】四川攀枝花蘊(yùn)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(jià)為＋4)作原料，生產(chǎn)白色顏料二氧化鈦的主要步驟如下：

請(qǐng)回答下列問題：

（1）硫酸與二氧化鈦反應(yīng)的化學(xué)方程式是______________________________________。

（2）向?yàn)V液Ⅰ中加入鐵粉，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________、_______________。

（3）在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，向沸水中加入濾液Ⅲ，使混合液pH達(dá)0.5，鈦鹽開始水解。書寫水解的離子方程式：_________。

（4）水解過(guò)程中不斷通入高溫水蒸氣，維持溶液沸騰一段時(shí)間，鈦鹽充分水解析出水合二氧化鈦沉淀。請(qǐng)用所學(xué)化學(xué)平衡原理分析通入高溫水蒸氣的作用：_____________。

（5）過(guò)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(xué)式)，減少?gòu)U物排放。

（6）A可用于生產(chǎn)紅色顏料(Fe2O3)，其實(shí)驗(yàn)方法是：

a．5.56a kg A(摩爾質(zhì)量為278g·mol-1)溶于水中，加入適量氫氧化鉀溶液恰好完全反應(yīng)，鼓入足量空氣攪拌，產(chǎn)生紅褐色膠體；

b．再向紅褐色膠體中加入33.36b kg A和1.12c kg鐵粉，鼓入足量空氣攪拌，反應(yīng)完成后，有大量Fe2O3附著在膠體粒子上以沉淀形式析出；

c．過(guò)濾后，沉淀經(jīng)高溫灼燒得紅色顏料。

若所得濾液中溶質(zhì)只有硫酸鉀和硫酸鐵，則理論上可生產(chǎn)紅色顏料__________ kg。

Answer 1

【答案】TiO2＋2H2SO4===Ti(SO4)2＋2H2O或TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋Ti++ 4H2OTiO2·H2O+4H+加水促進(jìn)鈦鹽水解，加熱促進(jìn)鈦鹽水解，降低H＋濃度促進(jìn)鈦鹽水解H2O、FeSO4、H2SO41.60a＋3.20b＋1.60c

【解析】

(1)化學(xué)方程式為：TiO2+2H2SO4=Ti (SO4)2+2H2O或TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O；

(2)濃硫酸有強(qiáng)氧化性，加入鈦鐵礦渣中能生成Fe3+，加入鐵粉，發(fā)生Fe+2Fe3+=3Fe2+；鐵粉還可以與溶液中過(guò)量的H+反應(yīng)，離子方程式為：Fe+2H+=Fe2++H2↑；

(3) 鈦鹽水解的離子方程式:Ti++ 4H2O TiO2H2O+4H+；

(4)影響鈦鹽水解的因素有濃度、溫度等，高溫水蒸氣使水解平衡移動(dòng)的作用是：加水、加熱、降低H+濃度均可促進(jìn)鈦鹽水解；

(5)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(dá)0.5)等，鈦鹽水解后過(guò)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；

(6)依題意A與適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應(yīng)，FeSO4+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(lái)又加入12b×103mol的A和

20cmol的鐵，由Na2SO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、Fe2O3等化學(xué)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(zhì)的量為20amol；利用SO42-離子守恒，n(FeSO4)=n(Na2SO4)+3n[Fe2(SO4)3]，可知Fe2(SO4)3物質(zhì)的量為(20a+120b-20a)mol×=40bmol；利用Fe元素守恒，n(FeSO4)+n(Fe)=2n[Fe2(SO4)3]+2n(Fe2O3)，可知n(Fe2O3)=(20a+120b+20c-40b×2)mol×=(10a+20b+10c)mol，計(jì)算得m(Fe2O3)=(1.60a+3.20b+1.60c) kg