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中加入鐵屑的作用是________________________。（以離子方程式表示）

（3）操作a是_________ 、__________、過濾、洗滌、干燥 。

（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，所得的FeCO3中沒有Fe（OH）2。則溶液中c（Fe2+）小于________ mol/L。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。請結合平衡移動原理和化學用語解釋其原因_________________________________。

Answer 1

【答案】+4 Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+ 蒸發濃縮 冷卻結晶 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 8×10-5 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）H2OTiO2·n H2O+2H＋向生成TiO2·n H2O的方向移動，可得到TiO2粗產品。

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

（2）加入鐵粉，首先發生Fe+2Fe3＋=3Fe2＋，其次發生Fe+2H＋=Fe2＋+H2；

（3）操作a是溶液中得到溶質固體，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，減少鐵離子的水解程度；

（5）室溫下測得溶液的pH為8.5，c（OH－）=10-14/10-8.5=1×10-5.5，由題中數據可知，溶液中c（Fe2＋）·c（OH－）2=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；

（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TiO2·n H2O的方向移動，可得到TiO2粗產品．