Question

20．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，在水中可以电离出TiO²⁺和SO₄^2-．
请回答下列问题：
（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的化学方程式为4FeSO₄+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃．
（4）步骤④的离子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑．
（5）步骤⑥必须控制一定的真空度，原因是有利于蒸发水以及防止Fe²⁺被氧化．
（6）为了测定步骤②所得晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数，取晶体样品a g，溶于稀硫酸配成100.00mL溶液，取出20.00mL溶液，用KMnO₄溶液滴定（假设杂质与KMnO₄不反应）．若消耗0.1000mol•L^-1的KMnO₄溶液20.00mL，则所得晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数为$\frac{13.9}{a}$（用含a的代数式表示）．

Answer 1

分析 废液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，加铁屑，Fe与H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃反应生成FeSO₄，TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O，过滤，滤渣为TiO₂•xH₂O、Fe，滤液为FeSO₄，FeSO₄溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸亚铁晶体，脱水、煅烧得到氧化铁；FeSO₄溶液中加碳酸氢铵碳酸亚铁沉淀、硫酸铵和二氧化碳，碳酸亚铁沉淀加乳酸溶解生成乳酸亚铁溶液和二氧化碳，乳酸亚铁溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到乳酸亚铁晶体，
（1）实现固体和液体的分离用过滤的方法；
（2）根据水解原理：盐+水=酸+碱，结合水解产物是TiO₂•xH₂O来书写；
（3）根据氧化还原实质书写化学方程式，反应是硫酸亚铁和氧气反应生成铁红和三氧化硫；
（4）亚铁离子可以和碳酸氢根离子之间反应生成碳酸亚铁沉淀；
（5）亚铁离子易被氧气氧化；
（6）根据元素守恒和电子守恒，即5FeSO₄•7H₂O～KMnO₄，计算FeSO₄•7H₂O的质量分数．

解答 解：废液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，加铁屑，Fe与H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃反应生成FeSO₄，TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O，过滤，滤渣为TiO₂•xH₂O、Fe，滤液为FeSO₄，FeSO₄溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸亚铁晶体，脱水、煅烧得到氧化铁；FeSO₄溶液中加碳酸氢铵碳酸亚铁沉淀、硫酸铵和二氧化碳，碳酸亚铁沉淀加乳酸溶解生成乳酸亚铁溶液和二氧化碳，乳酸亚铁溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到乳酸亚铁晶体，
（1）分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是过滤，故答案为：过滤；
（2）TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化学方程式为：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+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的方程式为：4FeSO₄+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃，故答案为：4FeSO₄+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃；
（4）步骤④的离子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑，故答案为：Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
（5）亚铁离子易被氧气氧化，所以步骤⑥必须控制一定的真空度，这样有利于蒸发水还能防止Fe²⁺被氧化，故答案为：防止Fe²⁺被氧化；
（6）亚铁离子会被高锰酸钾氧化为三价铁离子，本身被还原为+2价的锰离子，根据电子守恒，即5FeSO₄•7H₂O～KMnO₄，根据消耗0.1000mol•L^-1 KMnO₄溶液20.00mL，所以晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数=$\frac{0.1000mol/L×0.02L×5×278g/mol}{ag}$×100%=$\frac{13.9}{a}$，
故答案为：$\frac{13.9}{a}$．

点评 本题是一道金属元素的单质以及化合物性质的综合应用题目，考查学生分析和解决问题的能力，难度中等．