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）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、H2O、_____、______(填化學式)，減少廢物排放。

（4）A可用于生產紅色顏料(Fe2O3)，其實驗方法是：

a.5.56akgA(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33.36bkgA和1.12ckg 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 Fe+2Fe3+=3Fe2+ Fe +2H+=Fe2++H2↑ FeSO4 H2SO4 1.60a+3.20b+1.60c

【解析】

（1）依據流程分析，硫酸與二氧化鈦反應是發生的復分解反應；
（2）鈦鐵礦渣（主要成分為TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合價為+4）作原料溶解于硫酸過濾后得到濾液中含有鐵離子、亞鐵離子、過濾的硫酸，加入鐵粉和鐵離子反應，和酸反應；
（3）影響鈦鹽水解的因素有濃度、溫度等，由Ti(SO4)2水解呈酸性，沸水、高溫水蒸氣、維持溶液沸騰等均為升溫，沸水、高溫水蒸氣加水且降低H+濃度，故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；
（4）考慮最后溶質是只有硫酸鈉和硫酸鐵，根據開始加入A為2a×103mol，加入適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應，說明加入氫氧化鈉的物質的量為4a×103mol，后來又加入12b×103mol的A和2c×103mol的鐵，根據電荷守恒，溶質中硫酸鈉消耗硫酸根離子為2a×103mol，而溶液中加入的硫酸根離子物質的量共計為（2a+12b）×103mol，這樣剩下的硫酸根就與鐵離子結合。可知消耗鐵離子為8b×103mol，根據鐵元素守恒計算。

（1） 依據酸的通性，可以與金屬氧化物反應，又知道Ti的化合價，可以寫出化學方程式為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） 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，故答案為：FeSO4；H2SO4；

（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×103 mol，可知加入氫氧化鈉為4a×103 mol；后來又加入12b×103 mol的A和20c mol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20a mol；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)=2 n[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，故答案為：1.60a+3.20b+1.60c。