Question

18．用含FeSO₄、H₂SO₄的废液[含少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄]为原料生产铁红和乳酸亚铁（补血剂的主要成份）．其生产流程如下：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中可以电离为TiO²⁺和SO₄^2-．
请回答以下问题：
（1）步骤①中分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是过滤
（2）步骤④反应后的生成物B的化学式（NH₄）₂SO₄
（3）用平衡移动的原理解释步骤⑤中加乳酸能得到乳酸亚铁的原因FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液
（4）步骤⑥须控制一定的真空度，有两个原因：其一是有利于水的蒸发，其二是防止Fe²⁺被氧化
（5）滤渣的主要成分为TiO₂•xH₂O，写出TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的离子方程式TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺
（6）硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是1：4
（7）取步骤②中所得晶体样品ag经步骤③得到的铁红含bmolFe₂O₃，则步骤②中所得晶体FeSO₄•7H₂O的质量分数$\frac{556b}{a}$（用含a、b式子表示）

Answer 1

分析 废液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，加铁屑，Fe与H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃反应生成FeSO₄，TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O，过滤，滤渣为TiO₂•xH₂O、Fe，滤液为FeSO₄，FeSO₄溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸亚铁晶体，脱水、煅烧得到氧化铁；FeSO₄溶液中加碳酸氢铵碳酸亚铁沉淀、硫酸铵和二氧化碳，碳酸亚铁沉淀加乳酸溶解生成乳酸亚铁溶液和二氧化碳，乳酸亚铁溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到乳酸亚铁晶体，
（1）实现固体和液体的分离用过滤的方法；
（2）碳酸氢铵与硫酸亚铁发生双水解反应生成碳酸亚铁、二氧化碳气体、硫酸铵和水，据此判断B；
（3）根据沉淀溶解平衡的移动以及碳酸根离子乳酸之间反应的原理来回答；
（4）亚铁离子易被氧气氧化；
（5）根据水解原理：盐+水=酸+碱，结合水解产物是TiO₂•xH₂O来书写；
（6）根据氧化还原方程式并结合概念确定氧化剂和还原剂，进而确定物质的量之比；
（7）根据铁元素质量守恒可知硫酸亚铁晶体的物质的量，然后计算出样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数．

解答 解：废液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，加铁屑，Fe与H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃反应生成FeSO₄，TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O，过滤，滤渣为TiO₂•xH₂O、Fe，滤液为FeSO₄，FeSO₄溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸亚铁晶体，脱水、煅烧得到氧化铁；FeSO₄溶液中加碳酸氢铵碳酸亚铁沉淀、硫酸铵和二氧化碳，碳酸亚铁沉淀加乳酸溶解生成乳酸亚铁溶液和二氧化碳，乳酸亚铁溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到乳酸亚铁晶体，
（1）分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是过滤，
故答案为：过滤； 
（2）步骤④的碳酸氢铵和硫酸亚铁反应生成碳酸亚铁、硫酸铵、二氧化碳气体和水，所以得到的B为（NH₄）₂SO₄，
故答案为：（NH₄）₂SO₄；
（3）根据碳酸铁的沉淀溶解平衡原理：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入乳酸，这样CO₃^2-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液，
故答案为：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液；
（4）亚铁离子易被氧气氧化，所以步骤⑥必须控制一定的真空度，这样有利于蒸发水还能防止Fe²⁺被氧化，
故答案为：防止Fe²⁺被氧化；
（5）TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化学方程式为：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄，改写成离子方程式为：TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺，
故答案为：TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺；
（6）硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫的方程式为：4FeSO₄+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃，氧化剂是氧气，还原剂是氧化铁，所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：4，
故答案为：1：4；
（7）②中所得晶体样品ag经步骤③得到的铁红含bmolFe₂O₃，根据铁元素质量守恒可知ag硫酸亚铁晶体样品中含有FeSO₄•7H₂O的物质的量为：2bmol，
所以晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数为：$\frac{278g/mol×2bmol}{ag}$=$\frac{556b}{a}$，
故答案为：$\frac{556b}{a}$．

点评 本题考查了物质制备方案的设计方法，题目难度中等，明确制备原理及常见物质的性质为解答关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．