Question

4．工业制钛白粉产生的废液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，可利用酸解法生产补血剂乳酸亚铁．其生产流程如图1：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中电离为TiO²⁺和SO₄^2-．请回答下列问题：
（1）写出TiOSO₄水解生成钛酸H₄TiO₄的离子方程式TiO²⁺+3H₂O═H₄TiO₄+2H⁺（．步骤①中加入足量铁屑的目的是将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，消耗溶液中的H⁺促进TiO²⁺水解．
（2）工业上由H₄TiO₄可制得钛白粉TiO₂．TiO₂直接电解还原法（剑桥法）生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的CaCl₂，原理如图2所示，阴极的电极反应为TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-．
（3）步骤②的离子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，所得副产品主要是（NH₄）₂SO₄（填化学式）．
（4）步骤④的结晶过程中必须控制一定的真空度，原因是防止Fe²⁺被空气中的氧气氧化．
（5）乳酸可由乙烯经下列步骤合成：

酸与碳酸亚铁反应转化为乳酸亚铁晶体的产率为90%，则生产468kg乳酸亚铁晶体（M=234g/mol）需要标准状况下的乙烯99.6m³．

Answer 1

分析 （1）TiOSO₄水解实际上是TiO²⁺水解；加入铁粉能将Fe³⁺还原为Fe²⁺，消耗溶液中的H⁺促进TiO²⁺水解；
（2）阴极上得电子发生还原反应；
（3）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；
（4）亚铁离子易被氧气氧化；
（5）根据乳酸生成乳酸亚铁的物质的量之比为2：1，设需要的乙烯的体积为Xm³，根据乙烯和乳酸之间的转化关系列式计算即可．

解答 解：（1）TiOSO₄水解实际上是TiO²⁺水解，即TiO²⁺和水反应生成钛酸H₄TiO₄，根据质量守恒可知水解的离子方程式为：TiO²⁺+3H₂O═H₄TiO₄+2H⁺；加入铁粉能将Fe³⁺还原为Fe²⁺，且由于TiO²⁺是弱碱阳离子，铁粉的加入能消耗溶液中的H⁺促进TiO²⁺水解；
故答案为：TiO²⁺+3H₂O═H₄TiO₄+2H⁺；将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，消耗溶液中的H⁺促进TiO²⁺水解；
（2）电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，和电源负极相连，电极反应式为TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
故答案为：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
（3）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，副产品为硫酸铵溶液，反应离子方程式为：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑，故答案为：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑； （NH₄）₂SO₄；
（4）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；
（5）根据乳酸生成乳酸亚铁的物质的量之比为2：1，设需要的乙烯的体积为Xm³，由于乳酸与碳酸亚铁反应转化为乳酸亚铁晶体的产率为90%，则生成468Kg乳酸亚铁所需的乙烯的量之间有：$\frac{1000xL}{22.4L/mol}×\frac{1}{2}$=$\frac{\frac{468000g}{234g/mol}}{0.9}$，解得x=99.6，故答案为：99.6．

点评 本题综合考查物质性质、电极反应的书写等，要求学生具有一定分析和解决问题的能力，题目难度中等．