Question

2．利用酸解法制钛白粉产生的废液[含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄]，生产铁红和补血剂乳酸亚铁．其生产步骤如图：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中可以电离为TiO²⁺和SO₄^2-．
请回答：
（1）步骤①中分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是过滤．
（2）滤渣的主要成分为TiO₂•xH₂O，写出TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化学方程式TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄．
（3）硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：4．
（4）用平衡移动的原理解释步骤⑤中加乳酸能得到乳酸亚铁的原因FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液．
（5）步骤④的离子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑．
（6）步骤⑥必须控制一定的真空度，原因是有利于蒸发水以及防止Fe²⁺被氧化．
（7）为测定步骤②中所得晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数，取晶体样品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（杂质与KMnO₄不反应）．若消耗0.1000mol•L^-1 KMnO₄溶液20.00mL，所得晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数为13.9/a（用a表示）

Answer 1

分析 （1）分离难溶固体和溶液的方法是用过滤．
（2）已知TiOSO₄可溶于水，在水中可以电离为TiO²⁺和SO₄^2-，所以水解产物除生成TiO₂•xH₂O外，还有H₂SO₄．
（3）硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，根据电子得失守恒，化合价升降总数相等可算出氧化剂和还原剂的物质的量之比．
（4）根据碳酸亚铁的溶解平衡，乳酸会消耗CO₃^2-，CO₃^2-浓度降低后引起平衡移动．
（5）根据反应物和目标产物，特别是第5步加乳酸也产生了气体A，则可以确定气体A是二氧化碳．
（6）二价铁离子还原性强，易被氧化，第6步不要与氧气接触．
（7）用KMnO₄与FeSO₄•7H₂O的关系来计算FeSO₄•7H₂O的物质的量，再计算出FeSO₄•7H₂O的质量，便可算出质量分数．

解答 解
（1）分离难溶固体和溶液的方法是用过滤．所以分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是过滤．
故答案为：过滤
（2）已知TiOSO₄可溶于水，在水中可以电离为TiO²⁺和SO₄^2-，所以水解产物除生成TiO₂•xH₂O外，还有H₂SO₄．
故答案为：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄
（3）硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，说明氧化剂是O₂，还原剂是FeSO₄；1个O₂下降4价，1个Fe²⁺上升1价，所以氧化剂与还原剂的关系为：O₂ ～4FeSO₄ ．
故答案为：1：4
（4）溶解平衡为：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），第5步加乳酸会消耗CO₃^2-，产生二氧化碳气体，CO₃^2-浓度降低后引起平衡右移，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液．
故答案为：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液
（5）第4步的反应物是FeSO₄与NH₄HCO₃，产物有碳酸亚铁和气体A，第5步加乳酸也产生了气体A，则可以确定气体A是二氧化碳，参加反应的离子是Fe²⁺与HCO₃^-，产物有碳酸亚铁和二氧化碳，还有水生成．
故答案为：Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑
（6）二价铁离子还原性强，易被氧化，第6步不要与氧气接触．所以步骤6必须控制一定的真空度．
故答案为：防止Fe²⁺被氧化
（7）KMnO₄与FeSO₄•7H₂O发生氧化还原反应，关系式为：KMnO₄ ～5 FeSO₄•7H₂O，n（KMnO₄）=C（KMnO₄）•V（KMnO₄）=0.1000mol•L^-1 ×20.00×10^-3 L，
所以n（FeSO₄•7H₂O）=5n（KMnO₄）=5×0.1000mol•L^-1 ×20.00×10^-3 L，
所以m（FeSO₄•7H₂O）=n（FeSO₄•7H₂O）•M（FeSO₄•7H₂O）=5×0.1000mol•L^-1 ×20.00×10^-3 L×278g•mol^-1=2.78 g，这是做实验用到的一部分20ml，一共是100ml，所以FeSO₄•7H₂O的总质量=2.78 g×5=13.9 g，样品有a g，所以晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数为：13.9/a
故答案为：13.9/a

点评 考查分离提纯的操作简单；水解离子方程式的书写要用到题中所给信息；陌生离子方程式的书写要从化工工艺流程中获取有用信息，对学生的要求较高；对氧化还原反应的考查较多，特别是定量计算，寻找关系式，都要用到得失电子守恒，化合价升降总数相等的知识，氧化还原反应的滴定是一个难点．平衡移动的知识考查了溶解平衡的知识，难度适中．