Question

【題目】鈦礦工業(yè)中會排放出酸性廢水。含石TiO2+、Fe2+、Fe3+離子，其綜合利用如下：

已知：TiO2+易水解,只能存在于強酸性溶液中。

（1）寫出步驟Ⅰ發(fā)生反應(yīng)的離子方程式___________。

（2）步驟Ⅰ后所得溶液中Fe2+的檢驗方法是___________。

（3）從溶液中得到FeSO4·7H2O的操作是___________、___________、過濾、洗滌。步驟Ⅲ中反應(yīng)溫度一般需控制在35℃以下，其目的是___________。

（4）步驟Ⅳ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。

（5）步驟Ⅲ中,FeCO3達到溶解平衡時，若室溫下測得溶液的pH為8.5，c(Fe2+)=1×10-6mol·L-1。試判斷所得的FeCO3中___________(填“有”或“沒有”）（己知Fe(OH)2（已知Fe(OH)2的Ksp為8×10-16）

（6）向“富TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末得到固體TiO2·nH2O。請用化學(xué)原理解釋其原因。___________

Answer 1

【答案】 2Fe3+＋Fe＝3Fe2+ 取少量溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，振蕩，溶液不變色；再加入幾滴氯水，溶液變紅色（或取少量溶液于試管中，滴入幾滴鐵氰化鉀溶液，生成藍色沉淀） 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶 防止NH4HCO3受熱分解 4FeCO3＋O2 2Fe2O3＋4CO2 沒有 因為存在TiO2+＋(n+1) H2OTiO2·nH2O＋2H+，當加入Na2CO3后，CO結(jié)合H+，c(H+)減小，TiO2+水解平衡正向移動（3分）

【解析】鈦礦工業(yè)中的酸性廢水富含Ti、Fe等元素，含有TiO2+、Fe2+、Fe3+等離子，加入鐵粉還原鐵離子得到亞鐵離子，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過濾洗滌、干燥得到硫酸亞鐵晶體，配制成溶液調(diào)節(jié)溶液pH5～5.8范圍內(nèi)，加入足量碳酸氫銨，過濾得到碳酸亞鐵沉淀，在坩堝中灼燒得到氧化鐵，過濾后得到富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末與H+反應(yīng)，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2n H2O+2H+向生成TiO2n H2O的方向移動，可得到TiO2粗產(chǎn)品，則

（1）根據(jù)以上分析可知步驟Ⅰ發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe3+＋Fe＝3Fe2+；（2）檢驗亞鐵離子的實驗操作是：取少量溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，振蕩，溶液不變色；再加入幾滴氯水，溶液變紅色（或取少量溶液于試管中，滴入幾滴鐵氰化鉀溶液，生成藍色沉淀）；（3）從溶液中得到FeSO4·7H2O的操作屬于得到溶質(zhì)固體，方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過濾；由于防止NH4HCO3受熱分解，因此步驟Ⅲ中反應(yīng)溫度一般需控制在35℃以下；（4）步驟Ⅳ發(fā)生的反應(yīng)是碳酸亞鐵受熱分解，反應(yīng)的方程式為4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2；（5）室溫下測得溶液的pH為8.5，c（OH-）=1014 /108.5=1×10-5.5，由題中數(shù)據(jù)可知，溶液中c（Fe2+）c2（OH-）=1×10-6×（1×10-5.5）2=1×10-17＜Ksp[Fe（OH）2]=8×10-16，故無Fe（OH）2沉淀生成；（6）富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末與H+反應(yīng)，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2n H2O+2H+向生成TiO2n H2O的方向移動，可得到TiO2粗產(chǎn)品。