Question

【題目】利用酸解法制鈦白粉產生的廢液生產鐵紅(Fe2O3)和補血劑乳酸亞鐵的生產工業流程如下圖所示:

已知;TiOSO4在大量水中加熱條件下可完全水解成為TiO2·xH2O沉淀。

請按要求回答下列問題:

（1）步驟①加入適量鐵屑的目的是_________。TiOSO4完全水解的化學方程式為_________。

（2）步驟②的系列操作中，需要控制__________、_________條件下，再進行蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾、洗滌。其中洗滌液選用稀硫酸替代水的優點有__________。

（3）寫出步驟③的化學方程式: _________。

（4）某興趣小組學生以鐵屑、稀硫酸、NH4HCO3溶液為原料，欲用下圖裝置，利用步驟④反應，達到制備FeCO3的目的。

i.NH4HCO3溶液應盛放在裝置(填字母) _______中。該裝置中涉及的主要反應的離子方程式_________。

ii.達成步驟④反應的操作是__________。

（5）測定步驟②中所得晶體中FeSO4·7H2O的質量分數:

稱取ag晶體樣品，配成100.00mL溶液，取出25.00mL溶液，用硫酸酸化的0.1000mol/LKMnO4標準溶液滴定(雜質不與KMnO4溶液反應)。平行有效實驗滴定消耗KMnO4溶液體積的平均值為20.00mL。則所得晶體中FeSO4·7H2O的質量分數為（設M(FeSO4·7H2O)=bg/mol，用含a、b的表達式表示）_________。

Answer 1

【答案】 將Fe3+還原為Fe2+,消耗部分H+ TiOSO4+(x+1)H2O(過量) TiO2·xH2O↓+H2SO4 氮氣氛圍或鐵粉過量 硫酸過量 減少晶體的溶解，提高產率 4FeSO4+O22Fe2O3+4SO3 C Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑ 待檢驗D導管導出的氣體純凈后，關閉活塞3,打開活塞2 (0.04b/a)x100%

【解析】（1）由實驗目的知要制乳酸亞鐵就得把Fe3+還原為Fe2，步驟①加入適量鐵屑的目的是將Fe3+還原為Fe2+,同時鐵還可以和酸反應消耗部分H+。TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O和H2SO4，其化學方程式為TiOSO4+(x+1)H2O(過量) TiO2·xH2O↓+H2SO4。

（2）為了防止在加熱過程中Fe2+被氧化和水解，所以步驟②操作中需要控制在氮氣氛圍或鐵粉過量或硫酸過量的條件下進行蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾、洗滌。其中洗滌液選用稀硫酸替代水的優點有減少晶體的溶解，提高產率。

（3）步驟③是生成的的FeSO4被氧氣氧化制鐵紅的反應，其反應的化學方程式: 4FeSO4+O22Fe2O3+4SO3。

i步驟④反應是FeSO4和NH4HCO3反應制取FeCO3。所以NH4HCO3溶液應盛放在C裝置中。該裝置主要反應的離子方程式Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑。

ii.因為亞鐵離子很不穩定，容易被氧氣氧化，因此要完成步驟④必須先排除裝置中的空氣。所以達成步驟④反應的操作是待檢驗D導管導出的氣體純凈后，關閉活塞3,打開活塞2即可。

（5）亞鐵離子會被高錳酸鉀氧化為三價鐵離子, KMnO4被還原為+2價的錳離子,根據電子守恒,即FeSO4·7H2O- KMnO4,消耗0.1000mol/LKMnO4溶液20.00mL,所以晶體中FeSO4·7H2O的質量分數=[(0.1000mol/L0.02b)/ag]100%= (0.04b/a)x100%，因此本題正確答案是: (0.04b/a)x100%。