Question

【题目】钛矿工业中的酸性废水富含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）富含TiO2＋溶液中加入Na2CO3粉末能得到固体TiO2nH2O，其原理是______________。

（2）制取FeCO3发生的化学方程式为______________________；反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是______________。

（3）已知Ksp[Fe(OH)2]=8×10－16。制取FeCO3时，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－1。试判断所得的FeCO3中______(填“有”或“没有”)Fe(OH)2；煅烧中，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_________。

（4）为了控制NH4HCO3用量需要测定固体中FeSO47H2O的含量。称1g固体样品，用30mL蒸馏水溶解并加入H2SO4溶液和H3PO4溶液，再用0.02mol·L－1KMnO4标准溶液滴定到溶液刚好变成粉红色，停止滴定，消耗标准溶液VmL。反应中涉及的重要化学方程式有：

MnO4－(紫红)+5Fe2++8H+=Mn2+(粉红)+5Fe3++4H2O

5Fe3+(黄)+2H3PO4=H3[Fe(PO4)2](无色)+3H+

①H3PO4的作用____________。②样品中FeSO47H2O的含量为___________%。

Answer 1

【答案】因为发生水解反应：TiO2＋+(n+1)H2OTiO2nH2O＋2H+，加入Na2CO3后，CO32－与H+反应，c(H+)减小，水解平衡正反应方向移动 FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ 防止NH4HCO3分解或减小Fe2＋水解 没有 向反应容器中补充适量空气（氧气） 消除Fe3+的颜色干扰 2.78V

【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)H2OTiO2nH2O＋2H+向生成TiO2nH2O的方向移动，可得到TiO2粗产品。

(1)富含TiO2＋溶液中加入Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c(H+)，使平TiO2＋+(n+1)H2OTiO2nH2O＋2H+向生成TiO2nH2O的方向移动；

(2)制取FeCO3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°C以下，是为了避免温度过高碳酸氢铵分解，减少亚铁离子的水解程度；

(3)根据溶液中c(Fe2+)·c(OH-)2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；

(4)①根据反应方程式及高锰酸钾的物质的量计算出产品中FeSO4.7H2O的质量分数；

②根据题给信息判断。

(1)富含TiO2＋溶液中加入Na2CO3粉末与溶液中的H+反应，降低了溶液中c(H+)，使平TiO2＋+(n+1)H2OTiO2nH2O＋2H+，向生成TiO2nH2O的方向移动，可得到TiO2粗产品，故答案为：因为发生水解反应：TiO2＋+(n+1)H2OTiO2nH2O＋2H+，加入Na2CO3后，CO32－与H+反应，c(H+)减小，水解平衡正反应方向移动；

(2)制取FeCO3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°C以下，是为了避免温度过高碳酸氢铵分解，减少亚铁离子的水解程度，故答案为：FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑；避免温度过高碳酸氢铵分解，减少亚铁离子的水解程度；

(3)室温下测得溶液的pH为8.5，由题中数据可知，溶液中c(Fe2+)·c(OH-)2=1x10-6×(1×10-5.5)=10-17<Ksp[Fe(OH)2]=8x10-16，故无Fe(OH)2沉淀生成；煅烧中，为了得到较为纯净的Fe2O3，需要将亚铁完全氧化为三价铁，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空气(氧气)，故答案为：没有；向反应容器中补充适量空气(氧气)；

(4)①铁离子颜色呈黄色，干扰终点判断，而5Fe3+(黄)+2H3PO4=H3[Fe(PO4)2](无色)+3H+，消除了铁离子干扰，故答案为：消除Fe3+的颜色干扰；

②待测液消耗的高锰酸钾的物质的量为：0.02mol/L×VmL×10-3L/mL=2V×10-5mol，根据反应:MnO4－+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，硫酸亚铁的物质的量为：2V×10-5mol×5=V×10-4mol，所以样品中含有的FeSO47H2O的质量为：278g/mol×V×10-4mol=2.78V×10-2g，FeSO47H2O的质量分数为：=2.78V%；

故答案为：2.78V。