Question

1．草酸亚铁广泛用于涂料、染料及感光材料的生产，也是合成锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的原料．某工厂采用炼钢厂的脱硫渣（主要成分为Fe₂O₃）生产电池级草酸亚铁晶体的工艺流程如下：

（1）“还原”过程中反应的离子方程式为Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（2）滤渣2中含有的TiOSO₄在热水中易水解，生成H₂TiO₃沉淀，该反应的化学方程式为TiOSO₄+H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄．
（3）“滤液”经处理后得到一种农业上常用的化肥，其名称是硫酸铵．
（4）流程图中“□”应进行的操作步骤的名称是洗涤、干燥．
（5）如图是反应温度、加料时间及分散剂的质量分数对草酸亚铁纯度的影响：

从图象可知，制备电池级草酸亚铁晶体的最佳实验条件是：反应温度为40℃，加料时间为25min，分散剂的质量分数为20%．
（6）草酸亚铁晶体（FeC₂O₄•2H₂O）纯度的测定：准确称取ω g草酸亚铁晶体于锥形瓶中，加入一定量的稀硫酸溶解，并加热至50℃，用c mol．L^-1KMnO₄标准溶液滴定，达到滴定终点时，用去V mL标准溶液．滴定反应为（未配平）：FeC₂O₄•2H₂O+KMnO₄+H₂SO₄→Fe₂（SO₄）₃+CO₂↑+MnSO₄+K₂SO₄+H₂O
则FeC₂O₄•2H₂O的纯度为$\frac{30cV}{w}$%（用含有ω、c、V的代数式表示）．

Answer 1

分析 脱硫渣（主要成分为 Fe₂O₃ ）用硫酸溶解，过滤除去不溶物，滤液中主要含有硫酸铁、硫酸等，进入铁粉还原得到硫酸亚铁，过滤分离，滤液中通入氨气，得到氢氧化亚铁沉淀，过滤分离，滤液中含有硫酸铵，氢氧化亚铁与草酸化合得到草酸亚铁，再经过过滤、洗涤、干燥得到草酸亚铁晶体．
（1）硫酸铁与Fe反应生成硫酸亚铁，硫酸与Fe反应生成硫酸亚铁与氢气；
（2）TiOSO₄水解能生成 H₂TiO₃沉淀，还生成硫酸；
（3）滤液中含有硫酸铵；
（4）过滤后，再经过洗涤、干燥得到草酸亚铁晶体；
（5）应选择纯度最高时的温度、加料时间、分散剂的质量分数；
（6）反应方程式为：10FeC₂O₄•2H₂O+6KMnO₄+24 H₂SO₄=5Fe₂（SO₄）₃+20 CO₂↑+6MnSO₄+3K₂SO₄+24H₂O，结合方程式计算．

解答 解：脱硫渣（主要成分为 Fe₂O₃ ）用硫酸溶解，过滤除去不溶物，滤液中主要含有硫酸铁、硫酸等，进入铁粉还原得到硫酸亚铁，过滤分离，滤液中通入氨气，得到氢氧化亚铁沉淀，过滤分离，滤液中含有硫酸铵，氢氧化亚铁与草酸化合得到草酸亚铁，再经过过滤、洗涤、干燥得到草酸亚铁晶体．
（1）“还原”过程中反应的离子方程式还有：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（2）TiOSO₄水解能生成 H₂TiO₃沉淀，还生成硫酸，反应方程式为：TiOSO₄+H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄，
故答案为：TiOSO₄+H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄；
（3）滤液中含有硫酸铵，经处理后得到一种农业上常用的化肥，
故答案为：硫酸铵；
（4）过滤后，再经过洗涤、干燥得到草酸亚铁晶体，
故答案为：洗涤、干燥；
（5）从图象可知，反应温度40℃纯度最高，在加料时间为 25min、分散剂的质量分数为20%，纯度最佳，
故答案为：40；25；20%；
（6）配平后反应方程式为：10FeC₂O₄•2H₂O+6KMnO₄+24 H₂SO₄=5Fe₂（SO₄）₃+20 CO₂↑+6MnSO₄+3K₂SO₄+24H₂O，可知n（FeC₂O₄•2H₂O）=$\frac{10}{6}$n（KMnO₄）=$\frac{10}{6}$×V×10^-3 L×c mol•L^-1，
故m（FeC₂O₄•2H₂O）=$\frac{10}{6}$×V×10^-3 L×c mol•L^-1×180g/mol=0.3cV g，
故FeC₂O₄•2H₂O的纯度为$\frac{0.3cVg}{wg}$×100%=$\frac{30cV}{w}$%，
故答案为：$\frac{30cV}{w}$．

点评 本题考查物质准备工艺流程、物质含量测定、物质的分离提纯、对条件控制的选择、氧化还原反应滴定等，需要学生具备扎实的基础，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．