Question

【題目】某火電廠收捕到的粉煤灰的主要成分為SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、TiO2等。研究小組對其進行綜合處理的流程如下：

已知：①“酸浸”后鈦主要以TiOSO4形式存在，強電解質TiOSO4在溶液中僅能電離SO42-和一種陽離子

②常溫下，Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-34，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，Ksp[Mg(OH)2]=1.0×10-11

請回答下列問題：

(1)“酸浸”時TiO2發生反應的離子方程式為_______________。

(2)“反應”時加入鐵粉的作用為_______________。

(3)“結晶”需控制在70℃左右，溫度過高會導致的后果為_____________。

(4)“水解”反應的離子方程式為______________。所得TiO2xH2O 沉淀進行酸洗的目的為____________。

(5)為使濾渣2沉淀完全(溶液中離子濃度小于10-5mol/L)。需“調pH”最小為________。

(6)實驗室用MgCl2溶液制備MgCl26H2O，需進行的操作為_____、降溫結晶、過濾、洗滌、干燥。

(7)FeSO47H2O樣品純度的測定：取a g樣品溶于水配成bmL.溶液；用酸化的cmol/LKMnO4標準溶液滴定，達到滴定終點時消耗標準液的體積為dmL，樣品中FeSO47H2O的質量分數為____ （用代數式表示)。

Answer 1

【答案】 TiO2+2H+=TiO2++H2O 將Fe3+還原為Fe2+ 導致TiO2+提前水解使FeSO4·7H2O混有TiO2·xH2O，并使TiO2·xH2O產率降低 TiO2++(x+1)H2O=TiO2·xH2O+2H+ 洗去粘附的FeSO4，防止FeSO4水解 4.3 在不斷通入HC1的條件下蒸發濃縮

【解析】粉煤灰的主要成分為SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、TiO2等，經硫酸酸浸后過濾，所得濾液中含有Al2(SO4)3、FeSO4、Fe2(SO4)3、MgSO4、TiOSO4，SiO2與硫酸不反應，濾渣1為SiO2，向濾液中加入鐵粉，Fe與Fe2(SO4)3反應生成FeSO4，結晶得FeSO4·7H2O，所得濾液1中含有Al2(SO4)3、MgSO4、TiOSO4和少量FeSO4，TiOSO4水解生成TiO2·xH2O，經酸洗、水洗、干燥和灼燒后得TiO2，濾液2中含有Al2(SO4)3、MgSO4和少量FeSO4，加入雙氧水將Fe2＋氧化成Fe3＋，調節溶液pH使Al3＋、Fe3＋生成Al(OH)3、Fe(OH)3，過濾得濾渣2中含有Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，濾液3中含有MgCl2，經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾得MgCl2·6H2O。

(1). “酸浸”時TiO2與硫酸發生反應生成TiOSO4，離子方程式為TiO2+2H+=TiO2++H2O，故答案為：TiO2+2H+=TiO2++H2O；

(2). “反應”時加入鐵粉，Fe與Fe3＋反應生成Fe2＋，故答案為：將Fe3+還原為Fe2+；

(3). TiO2+在較高溫度下會水解轉化為TiO2·xH2O，則“結晶”時溫度應控制在70℃左右，若溫度過高，會造成TiO2+提前水解，使FeSO4·7H2O中混有TiO2·xH2O，同時還會降低TiO2·xH2O的產率，故答案為：導致TiO2+提前水解使FeSO4·7H2O混有TiO2·xH2O，并使TiO2·xH2O產率降低；

(4). TiO2+發生“水解”反應生成TiO2·xH2O，離子方程式為TiO2++(x+1)H2O=TiO2·xH2O+2H+，所得TiO2xH2O沉淀進行酸洗，可以除去沉淀表面的FeSO4等雜質，同時在酸性條件下洗滌可防止FeSO4水解，故答案為：TiO2++(x+1)H2O=TiO2·xH2O+2H+；洗去粘附的FeSO4，防止FeSO4水解；

(5). 調節pH的目的是使溶液中的Al3＋、Fe3＋生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀而除去，因Al(OH)3和Fe(OH)3的陰、陽離子個數比相同，Ksp[Al(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3]，則Al3＋完全沉淀時，Fe3＋也已經完全沉淀，所以使Al3＋沉淀完全對應溶液的pH即為最小的pH，由題中數據可知，Al3＋完全沉淀時，c3(OH－)= ==10－29，由c(H+)=和pH=－lgc(H+)解得pH=4.3，故答案為：4.3；

(6). 用MgCl2溶液制備MgCl26H2O晶體，需要經過蒸發濃縮、降溫結晶、過濾、洗滌、干燥等操作，因加熱蒸發時會促進MgCl2的水解，為抑制MgCl2的水解，應在不斷通入HC1的條件下進行蒸發濃縮，故答案為：在不斷通入HC1的條件下蒸發濃縮；

(7). 酸性高錳酸鉀溶液氧化FeSO4的離子方程式為：5Fe2＋＋MnO4－＋8H＋=5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，由方程式可知，n(FeSO47H2O)=5n(KMnO4)=5×d×10－3L×cmol/L=5cd×10－3mol，m(FeSO47H2O)= 5cd×10－3mol×278g/mol=1.39cd g，則樣品中FeSO47H2O的質量分數為： ×100%，故答案為： ×100%。