Question

【題目】四川攀枝花蘊藏豐富的釩、鈦、鐵資源。用鈦鐵礦渣(主要成分為TiO2、FeO、Fe2O3、Ti的最高化合價為＋4)作原料，生產白色顏料二氧化鈦的主要步驟如下：

請回答下列問題：

（1）硫酸與二氧化鈦反應的化學方程式是______________________________________。

（2）向濾液Ⅰ中加入鐵粉，發生反應的離子方程式為____________、_______________。

（3）在實際生產過程中，向沸水中加入濾液Ⅲ，使混合液pH達0.5，鈦鹽開始水解。書寫水解的離子方程式：_________。

（4）水解過程中不斷通入高溫水蒸氣，維持溶液沸騰一段時間，鈦鹽充分水解析出水合二氧化鈦沉淀。請用所學化學平衡原理分析通入高溫水蒸氣的作用：_____________。

（5）過濾分離出水合二氧化鈦沉淀后，將濾液返回的主要目的是充分利用濾液中的鈦鹽、______(填化學式)，減少廢物排放。

（6）A可用于生產紅色顏料(Fe2O3)，其實驗方法是：

a．5.56a kg A(摩爾質量為278g·mol-1)溶于水中，加入適量氫氧化鉀溶液恰好完全反應，鼓入足量空氣攪拌，產生紅褐色膠體；

b．再向紅褐色膠體中加入33.36b kg A和1.12c kg鐵粉，鼓入足量空氣攪拌，反應完成后，有大量Fe2O3附著在膠體粒子上以沉淀形式析出；

c．過濾后，沉淀經高溫灼燒得紅色顏料。

若所得濾液中溶質只有硫酸鉀和硫酸鐵，則理論上可生產紅色顏料__________ kg。

Answer 1

【答案】TiO2＋2H2SO4===Ti(SO4)2＋2H2O或TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋Ti++ 4H2OTiO2·H2O+4H+加水促進鈦鹽水解，加熱促進鈦鹽水解，降低H＋濃度促進鈦鹽水解H2O、FeSO4、H2SO41.60a＋3.20b＋1.60c

【解析】

(1)化學方程式為：TiO2+2H2SO4=Ti (SO4)2+2H2O或TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O；

(2)濃硫酸有強氧化性，加入鈦鐵礦渣中能生成Fe3+，加入鐵粉，發生Fe+2Fe3+=3Fe2+；鐵粉還可以與溶液中過量的H+反應，離子方程式為：Fe+2H+=Fe2++H2↑；

(3) 鈦鹽水解的離子方程式:Ti++ 4H2O TiO2H2O+4H+；

(4)影響鈦鹽水解的因素有濃度、溫度等，高溫水蒸氣使水解平衡移動的作用是：加水、加熱、降低H+濃度均可促進鈦鹽水解；

(5)根據該工藝流程知：濾液Ⅲ的主要成分為大量的鈦鹽、溶解的硫酸亞鐵、少量的硫酸(混合液pH達0.5)等，鈦鹽水解后過濾去水合二氧化鈦，得到的濾液中含有未水解的鈦鹽及FeSO4、H2SO4、H2O等；

(6)依題意A與適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應，FeSO4+2NaOH=Na2SO4+Fe(OH)2↓，根據開始加入A為2a×103mol，可知加入氫氧化鈉為4a×103mol；后來又加入12b×103mol的A和

20cmol的鐵，由Na2SO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、Fe2O3等化學式的定量組成和守恒思想分別可求得以下各量：利用Na+離子守恒，n(NaOH)=2n(Na2SO4)，可知Na2SO4物質的量為20amol；利用SO42-離子守恒，n(FeSO4)=n(Na2SO4)+3n[Fe2(SO4)3]，可知Fe2(SO4)3物質的量為(20a+120b-20a)mol×=40bmol；利用Fe元素守恒，n(FeSO4)+n(Fe)=2n[Fe2(SO4)3]+2n(Fe2O3)，可知n(Fe2O3)=(20a+120b+20c-40b×2)mol×=(10a+20b+10c)mol，計算得m(Fe2O3)=(1.60a+3.20b+1.60c) kg