Question

四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣（主要成分为TiO2、FeO、Fe₂O₃,Ti的最高化合价为+4）作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：

请回答下列问题：

硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是____________________________________。

向滤液I中加入铁粉，发生反应的离子方程式为：_________________________、_______________________________________。

(3)在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅲ，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：_______________________________________________。

过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、___________、______________、_______________________（填化学式），减少废物排放。

（4）A可用于生产红色颜料（Fe₂O₃）,其方法是：将556a kg A（摩尔质量为278 g/mol）溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3336b kg A和112c kg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe₂O₃附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料_______________________kg。

Answer 1

(1) 或

(2)      

(3) 加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低浓度促进钛盐水解

                  

(4)

解析:

本题考查元素化合物知识、盐类水解知识和工艺流程分析能力。该工艺流程过程是：浓硫酸溶解矿为Ti⁴⁺、Fe^2＋和Fe^3＋盐滤去矿渣得滤液I→加入过量铁粉滤液中的Fe^3＋被还原为Fe^2＋，消耗溶液中的H^＋，过滤得滤液II→降温、过滤后得到绿矾和滤液III→调整pH促进Ti⁴⁺水解，过滤→滤液中的H^＋、H₂O和Fe^2＋仍能循环使用。（3）水解为吸热反应，高温水蒸气能够促进Ti⁴⁺的水解。（4）明确该制备过程的目的和作用，才能得出量的关系。第一阶段FeSO₄与NaOH恰好完全反应：FeSO₄+2NaOH=Fe(OH)₂+Na₂SO₄，鼓入空气后该部分的铁元素最终都转化为Fe₂O₃，则生成的Fe₂O₃的质量（m₁）为

2FeSO₄~4NaOH~Fe₂O₃

556            160

556akg         m₁

m₁=160akg

铁粉用于消耗溶液的酸性，根据题意在氧气作用下，最终加入的FeSO₄和Fe，也转化为Fe₂(SO₄)₃和Fe₂O₃。根据铁元素守恒，可有如下转化关系：

6FeSO₄~2Fe₂(SO₄)₃~Fe₂O₃

278×6            160

3336bkg           m₂

m ₂=320bkg

2Fe     ~    Fe₂O₃

112           160

112ckg        m₃

m ₃=160ckg。

【技巧点拨】本题利用了守恒法和关系式法，使计算省去了繁琐的过程，当然守恒法和关系式法是建立在对所涉及到的反应数量关系熟练的基础之上的。常用的守恒法有质量守恒、电荷守恒、质子守恒、电子守恒等。