Question

20．利用酸解法制鈦白粉產(chǎn)生的廢液[含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄]生產(chǎn)鐵紅和補血劑乳酸亞鐵．其生產(chǎn)步驟如下：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中可以電離出TiO²⁺和SO₄^2-．
請回答下列問題：
（1）步驟①中分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作是過濾．
（2）濾渣的主要成分為TiO₂•xH₂O，寫出TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化學方程式：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄．
（3）硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫的化學方程式為4FeSO₄+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃．
（4）步驟④的離子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑．
（5）步驟⑥必須控制一定的真空度，原因是有利于蒸發(fā)水以及防止Fe²⁺被氧化．
（6）為了測定步驟②所得晶體中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)，取晶體樣品a g，溶于稀硫酸配成100.00mL溶液，取出20.00mL溶液，用KMnO₄溶液滴定（假設(shè)雜質(zhì)與KMnO₄不反應）．若消耗0.1000mol•L^-1的KMnO₄溶液20.00mL，則所得晶體中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{13.9}{a}$（用含a的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 廢液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，加鐵屑，F(xiàn)e與H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃反應生成FeSO₄，TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O，過濾，濾渣為TiO₂•xH₂O、Fe，濾液為FeSO₄，F(xiàn)eSO₄溶液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到硫酸亞鐵晶體，脫水、煅燒得到氧化鐵；FeSO₄溶液中加碳酸氫銨碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨和二氧化碳，碳酸亞鐵沉淀加乳酸溶解生成乳酸亞鐵溶液和二氧化碳，乳酸亞鐵溶液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到乳酸亞鐵晶體，
（1）實現(xiàn)固體和液體的分離用過濾的方法；
（2）根據(jù)水解原理：鹽+水=酸+堿，結(jié)合水解產(chǎn)物是TiO₂•xH₂O來書寫；
（3）根據(jù)氧化還原實質(zhì)書寫化學方程式，反應是硫酸亞鐵和氧氣反應生成鐵紅和三氧化硫；
（4）亞鐵離子可以和碳酸氫根離子之間反應生成碳酸亞鐵沉淀；
（5）亞鐵離子易被氧氣氧化；
（6）根據(jù)元素守恒和電子守恒，即5FeSO₄•7H₂O～KMnO₄，計算FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：廢液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，加鐵屑，F(xiàn)e與H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃反應生成FeSO₄，TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O，過濾，濾渣為TiO₂•xH₂O、Fe，濾液為FeSO₄，F(xiàn)eSO₄溶液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到硫酸亞鐵晶體，脫水、煅燒得到氧化鐵；FeSO₄溶液中加碳酸氫銨碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨和二氧化碳，碳酸亞鐵沉淀加乳酸溶解生成乳酸亞鐵溶液和二氧化碳，乳酸亞鐵溶液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到乳酸亞鐵晶體，
（1）分離硫酸亞鐵溶液和濾渣的操作是過濾，故答案為：過濾；
（2）TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化學方程式為：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄，故答案為：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄；
（3）硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫的方程式為：4FeSO₄+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃，故答案為：4FeSO₄+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃；
（4）步驟④的離子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑，故答案為：Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
（5）亞鐵離子易被氧氣氧化，所以步驟⑥必須控制一定的真空度，這樣有利于蒸發(fā)水還能防止Fe²⁺被氧化，故答案為：防止Fe²⁺被氧化；
（6）亞鐵離子會被高錳酸鉀氧化為三價鐵離子，本身被還原為+2價的錳離子，根據(jù)電子守恒，即5FeSO₄•7H₂O～KMnO₄，根據(jù)消耗0.1000mol•L^-1 KMnO₄溶液20.00mL，所以晶體中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{0.1000mol/L×0.02L×5×278g/mol}{ag}$×100%=$\frac{13.9}{a}$，
故答案為：$\frac{13.9}{a}$．

點評 本題是一道金屬元素的單質(zhì)以及化合物性質(zhì)的綜合應用題目，考查學生分析和解決問題的能力，難度中等．