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。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：_______________________________________________。

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。

（4）A可用于生產紅色顏料（Fe2O3），其方法是：將556a kg A（摩爾質量為278 g/mol）溶于水中，加入適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應，鼓入足量空氣攪拌，產生紅褐色膠體；再向紅褐色膠體中加入3336b kg A和112c 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；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鈉和硫酸鐵，則理論上可生產紅色顏料_______________________kg。

Answer 1

【答案】或 加水促進鈦鹽水解，加熱促進鈦鹽水解，降低濃度促進鈦鹽水解

【解析】

鈦鐵礦渣（主要成分為TiO2、FeO、Fe2O3）加入濃硫酸，TiO2、FeO、Fe2O3和濃硫酸反應，生成硫酸鹽，加水后的濾液Ⅰ中主要有Ti(SO4)2、FeSO4、Fe2(SO4)3，加入過量鐵粉可和Fe2(SO4)3反應生成FeSO4，再過濾，得到的濾液Ⅱ中的FeSO4可以通過蒸發濃縮、冷卻結晶以FeSO4·7H2O形式析出，濾液Ⅲ調節溶液的pH，使鈦離子水解得到水合二氧化鈦，煅燒得到二氧化鈦。

（1）硫酸與二氧化鈦發生復分解反應，化學方程式是。

（2）向濾液I中加入鐵粉，濾液I中的H+和Fe3+都可以和鐵發生反應，離子方程式為：、。

（3）水解是吸熱的，加入水可以使水解平衡正向移動，所以在水解過程中不斷通入高溫水蒸氣，鈦鹽充分水解析出水合二氧化鈦沉淀。過濾分離出水合二氧化鈦沉淀后，濾液中的鈦鹽、H2O、FeSO4、H2SO4都可以循環利用。故答案為：加水促進鈦鹽水解，加熱促進鈦鹽水解，降低濃度促進鈦鹽水解，H2O、FeSO4、H2SO4；

（4）556a kg FeSO4·7H2O的物質的量為2a×103mol，加入氫氧化鈉溶液恰好完全反應，所以加入的NaOH的物質的量4a×103mol，產生紅褐色膠體Fe(OH)3；再加入3336b kg FeSO4·7H2O(12b×103mol)和112c kg(2c×103mol)鐵粉。所得濾液中溶質只有硫酸鈉和硫酸鐵，Na+為4a×103mol，SO42-為4a×103mol+12b×103mol，根據電荷守恒，溶液中的Fe3+為8b×103mol，故Fe2O3中的鐵有2a×103mol+(12b×103mol -8b×103mol)+2c×103mol，所以Fe2O3的物質的量為a×103mol+2b×103mol+c×103mol，Fe2O3的質量為160(a×103mol+2b×103mol+c×103mol)g=kg。