题目内容
【题目】钛矿工业中的硫酸酸性废水富含Ti、Fe等元素，其综合利用如下：
已知：TiO2+易水解，只能存在于强酸性溶液中。
（1）TiO2+钛的化合价为________________________。
（2）步骤Ⅰ中检验钛矿废水中加入铁屑是否足量的试剂是________________________。
（3）操作a是蒸发浓缩、冷却结晶、______________________________________________。
（4）步骤Ⅲ中发生反应的化学方程式为________________________；反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是____________________________________。
（5）已知Ksp=[Fe（OH）2] = 8×10-16。步骤Ⅲ中，FeCO3达到溶解平衡时，若室温下测得溶液的pH为8.5， c（Fe2+） = 1×10-6mol/L。试判断所得的FeCO3中________（填“有”或“没有”）Fe（OH）2；步骤Ⅳ中，为了得到较为纯净的Fe2O3，除了适当的温度外，还需要采取的措施是_________________。
（6）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末易得到固体TiO2 nH2O。请结合原理和化学用语解释其原因_________________________________。
【答案】+4 KSCN溶液 过滤、洗涤、干燥 FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑ 避免温度过高碳酸氢铵分解，减少Fe2+的水解或氧化 没有 向反应容器中补充适量的空气 溶液中存在水解平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），促进水解平衡向生成TiO2nH2O的方向移动
【解析】
钛矿工业中的酸性废水富含Ti、Fe等元素，含有TiO2+、Fe2+、Fe3+等离子，加入铁粉还原铁离子得到亚铁离子，通过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥得到硫酸亚铁晶体，配制成溶液调节溶液pH5-5.8范围内，加入足量碳酸氢铵，过滤得到碳酸亚铁沉淀，在坩埚中灼烧得到氧化铁；过滤后得到富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2n H2O+2H+向生成TiO2n H2O的方向移动，可得到TiO2粗产品，以此解答该题。
（1）离子中各元素化合价代数和等于离子所带电荷数计算，O元素为-2价；
（2）步骤I中检验钛矿废水中加入铁屑是否足量的试剂是检验是否含铁离子；
（3）溶液中得到硫酸亚铁晶体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥；
（4）步骤Ⅲ中发生反应是硫酸亚铁和碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁沉淀、硫酸铵、二氧化碳和水，反应温度一般需控制在35℃以下，是为了避免温度过高碳酸氢铵分解，减少Fe2+的水解或氧化；
（5）根据溶液中c（Fe2+）c2（OH-）与Ksp[Fe（OH）2]比较，可判断有无Fe（OH）2沉淀，保证二价铁被氧化为三价需要多通入空气或氧气；
（6）富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2n H2O+2H+向生成TiO2nH2O的方向移动。
（1）离子中各元素化合价代数和等于离子所带电荷数计算，O元素为-2价，则TiO2+钛的化合价为+4价，
故答案为：+4。
（2）步骤I中检验钛矿废水中加入铁屑是否足量的试剂是检验是否含铁离子，可以选择加入KSCN溶液，溶液变红色证明铁加入不足，如溶液不变红色证明铁粉加入足量，
故答案为：KSCN溶液。
（3）操作a是溶液中得到硫酸亚铁晶体，方法是蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥，
故答案为：过滤、洗涤、干燥。
（4）步骤Ⅲ中发生反应是硫酸亚铁和碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁沉淀、硫酸铵、二氧化碳和水，反应的化学方程式为：FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑，反应温度一般需控制在35℃以下，是为了避免温度过高碳酸氢铵分解，减少Fe2+的水解或氧化，
故答案为：FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑；避免温度过高碳酸氢铵分解，减少Fe2+的水解或氧化。
（5）室温下测得溶液的pH为8.5，c（OH-）=1014÷108.5=1×10-5.5，由题中数据可知，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，故无Fe（OH）2沉淀生成；步骤Ⅳ中，为了得到较为纯净的Fe2O3，除了适当的温度外，还需要采取的措施是向反应容器中补充适量的空气。
故答案为：没有；向反应容器中补充适量的空气。
（6）富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2nH2O+2H+向生成TiO2n H2O的方向移动，可得到TiO2粗产品，
故答案为：溶液中存在水解平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），促进水解平衡向生成TiO2nH2O的方向移动。
