Question

【題目】鈦礦工業中的硫酸酸性廢水富含Ti、Fe等元素，其綜合利用如下：

已知：TiO2+易水解，只能存在于強酸性溶液中。

（1）TiO2+鈦的化合價為________________________。

（2）步驟Ⅰ中檢驗鈦礦廢水中加入鐵屑是否足量的試劑是________________________。

（3）操作a是蒸發濃縮、冷卻結晶、______________________________________________。

（4）步驟Ⅲ中發生反應的化學方程式為________________________；反應溫度一般需控制在35℃以下，其目的是____________________________________。

（5）已知Ksp=[Fe（OH）2] = 8×10-16。步驟Ⅲ中，FeCO3達到溶解平衡時，若室溫下測得溶液的pH為8.5， c（Fe2+） = 1×10-6mol/L。試判斷所得的FeCO3中________（填“有”或“沒有”）Fe（OH）2；步驟Ⅳ中，為了得到較為純凈的Fe2O3，除了適當的溫度外，還需要采取的措施是_________________。

（6）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末易得到固體TiO2 nH2O。請結合原理和化學用語解釋其原因_________________________________。

Answer 1

【答案】+4 KSCN溶液 過濾、洗滌、干燥 FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑ 避免溫度過高碳酸氫銨分解，減少Fe2+的水解或氧化 沒有 向反應容器中補充適量的空氣 溶液中存在水解平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末與H+反應，降低了溶液中c（H+），促進水解平衡向生成TiO2nH2O的方向移動

【解析】

鈦礦工業中的酸性廢水富含Ti、Fe等元素，含有TiO2+、Fe2+、Fe3+等離子，加入鐵粉還原鐵離子得到亞鐵離子，通過蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾、洗滌、干燥得到硫酸亞鐵晶體，配制成溶液調節溶液pH5-5.8范圍內，加入足量碳酸氫銨，過濾得到碳酸亞鐵沉淀，在坩堝中灼燒得到氧化鐵；過濾后得到富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末與H+反應，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2n H2O+2H+向生成TiO2n H2O的方向移動，可得到TiO2粗產品，以此解答該題。

（1）離子中各元素化合價代數和等于離子所帶電荷數計算，O元素為-2價；

（2）步驟I中檢驗鈦礦廢水中加入鐵屑是否足量的試劑是檢驗是否含鐵離子；

（3）溶液中得到硫酸亞鐵晶體的方法是蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾、洗滌、干燥；

（4）步驟Ⅲ中發生反應是硫酸亞鐵和碳酸氫銨反應生成碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應溫度一般需控制在35℃以下，是為了避免溫度過高碳酸氫銨分解，減少Fe2+的水解或氧化；

（5）根據溶液中c（Fe2+）c2（OH-）與Ksp[Fe（OH）2]比較，可判斷有無Fe（OH）2沉淀，保證二價鐵被氧化為三價需要多通入空氣或氧氣；

（6）富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末與H+反應，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2n H2O+2H+向生成TiO2nH2O的方向移動。

（1）離子中各元素化合價代數和等于離子所帶電荷數計算，O元素為-2價，則TiO2+鈦的化合價為+4價，

故答案為：+4。

（2）步驟I中檢驗鈦礦廢水中加入鐵屑是否足量的試劑是檢驗是否含鐵離子，可以選擇加入KSCN溶液，溶液變紅色證明鐵加入不足，如溶液不變紅色證明鐵粉加入足量，

故答案為：KSCN溶液。

（3）操作a是溶液中得到硫酸亞鐵晶體，方法是蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾、洗滌、干燥，

故答案為：過濾、洗滌、干燥。

（4）步驟Ⅲ中發生反應是硫酸亞鐵和碳酸氫銨反應生成碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應的化學方程式為：FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑，反應溫度一般需控制在35℃以下，是為了避免溫度過高碳酸氫銨分解，減少Fe2+的水解或氧化，

故答案為：FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑；避免溫度過高碳酸氫銨分解，減少Fe2+的水解或氧化。

（5）室溫下測得溶液的pH為8.5，c（OH-）=1014÷108.5=1×10-5.5，由題中數據可知，溶液中c（Fe2+）c2（OH-）=1×10-6×（1×10-5.5）2=1×10-17＜Ksp[Fe（OH）2]=8×10-16，故無Fe（OH）2沉淀生成；步驟Ⅳ中，為了得到較為純凈的Fe2O3，除了適當的溫度外，還需要采取的措施是向反應容器中補充適量的空氣。

故答案為：沒有；向反應容器中補充適量的空氣。

（6）富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末與H+反應，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2nH2O+2H+向生成TiO2n H2O的方向移動，可得到TiO2粗產品，

故答案為：溶液中存在水解平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末與H+反應，降低了溶液中c（H+），促進水解平衡向生成TiO2nH2O的方向移動。