Question

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．其生产步骤如下：

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中所用的玻璃仪器是

玻璃棒、烧杯、漏斗

．
步骤②得到硫酸亚铁晶体的操作为蒸发浓缩、

冷却结晶、过滤、洗涤、干燥

．
（2）步骤④的离子方程式是

Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑

．
（3）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

．
（4）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

．
（5）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

．
（6）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（用a表示）

13.9

a

．

Answer 1

分析：（1）实现固体和液体的分离用过滤的方法，过滤操作使用的仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗；
步骤②是从溶液中得到硫酸亚铁晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作；
（2）由流程图可知，硫酸亚铁与碳酸氢铵反应是碳酸亚铁，还生成气体为二氧化碳，溶液B为硫酸铵溶液；
（3）亚铁离子易被氧气氧化；
（4）根据氧化还原方程式并结合概念确定氧化剂和还原剂，进而确定物质的量之比；
（5）根据沉淀溶解平衡的移动以及碳酸根离子乳酸之间反应的原理来回答；
（6）亚铁离子会被高锰酸钾氧化为三价铁离子，本身被还原为+2价的锰离子，根据电子守恒，则 5 FeSO₄?7H₂O～KMnO₄，令FeSO₄?7H₂O的质量分数为x，根据关系式列方程计算．

解答：解：（1）实现固体和液体的分离用过滤的方法，过滤操作使用的仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗；
步骤②是从溶液中得到硫酸亚铁晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作；
故答案为：玻璃棒、烧杯、漏斗；冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（2）由流程图可知，硫酸亚铁与碳酸氢铵反应是碳酸亚铁，还生成气体为二氧化碳，溶液B为硫酸铵溶液，反应离子方程式为：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑，
故答案为：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
（3）亚铁离子易被氧气氧化，所以步骤⑥必须控制一定的真空度，这样有利于蒸发水还能防止Fe²⁺被氧化，故答案为：防止Fe²⁺被氧化；
（4）硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫的方程式为：4FeSO₄+O₂

高温  .

2Fe₂O₃+4SO₃，氧化剂是氧气，还原剂是氧化铁，所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：4，
故答案为：1：4；
（5）碳酸亚铁的沉淀存在溶解平衡：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入乳酸，这样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，
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；
（6）亚铁离子会被高锰酸钾氧化为三价铁离子，本身被还原为+2价的锰离子，根据电子守恒，则
5 FeSO₄?7H₂O～KMnO₄，
5×278g       1mol             
ag×x       0.1000mol/L×0.02L×

100mL

20mL

所以5×278g：ag×x=1mol：0.1000mol/L×0.02L×

100mL

20mL

解得x=

13.9

a

，
故答案为：

13.9

a

．

点评：本题是化学工艺流程题目，是一道金属元素的单质以及化合物性质的综合应用题目，涉及对原理的理解、实验条件下的选择与控制、物质的分离提纯、氧化还原反应、平衡移动原理、滴定计算等，考查学生分析和解决问题的能力，难度中等．