Question

【题目】某厂废酸主要含硫酸、Fe3+、Fe2+、TiO2+、Al3+ 。利用该废液制备过二硫酸铵[( NH4) 2S2O8]和TiO2的一种工艺流程如下:

已知：i.TiOSO4在热水中易水解生成H2TiO3,相关离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如 下表:

金属离子	TiO2+	Fe3+	Fe2+	Al3+
开始沉淀的pH	1.2	1.9	7.0	3.2
沉淀完全的pH	2.8	3.1	9.4	4.7

ii. pH>7 时,Fe2+部分生成 Fe( Ⅱ)氨络离Fe(NH3)2]2+o

请回答下列问题:

(1)加入适量Fe的作用是________________ .

(2)生成TiO(OH)2的化学方程式为_______________ 。

(3)滤渣I、滤渣II均含有的物质的化学式为_____________ .

(4)加入H2O2的目的是除掉Fe( Ⅱ)氨络离子[Fe(NH3)2]2+,此过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比理论上等于________ (填数值)。

(5)常温下，含硫微粒主要存在形式与pH的关系如下图所示。

用Pt电极电解饱和NH4HSO4溶液制备过二硫酸铵时，为满足在阳极放电的离子主要为 HSO4-，应调节阳极区溶液的pH范围在______之间,其电极反应式为____________ 。

(6)科研人员常用硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2]滴定法测定TiO2的纯度，其步骤为： 用足量酸溶解wg 二氧化钛样品，用铝粉做还原剂，过滤、洗涤，将滤液定容为100 mL,取 25.00 mL,以NH4SCN作指示剂，用标准硫酸铁铵溶液滴定至终点，反应原理为: Ti3++Fe3+=Ti4++Fe2+。

①判断滴定终点的方法：________________________ 。

②滴定终点时消耗c mol/L-1 NH4Fe(SO4)2溶液VmL,则TiO2纯度为___________(写岀相关字母表示的代数式)。

Answer 1

【答案】将Fe3+还原为Fe2+，避免Fe3+和TiO2+同时沉淀 TiOSO4+2NH3H2O = TiO(OH)2↓+ (NH4)2SO4 Fe(OH)3 1 : 2 0～2 2HSO4- -2e- = S2O82 - + 2H+ 当滴入最后一滴硫酸铁铵溶液时，溶液变为血红色且30s内不恢复原色 32cv/w%

【解析】

废酸中主要含硫酸、Fe3+、Fe2+、TiO2+、Al3+，根据流程图，用氨水调节pH=3得到TiO(OH)2，而此时铁离子也会形成沉淀，因此需要加铁粉将铁离子转化为亚铁离子；滤液中加入氨水调节pH=10，得到的沉淀有氢氧化亚铁和氢氧化铝(滤渣I)；滤液中含有部分Fe(II)氨络离子[Fe(NH3)2]2+，因此加入双氧水将亚铁离子氧化形成氢氧化铁沉淀(滤渣II)；再在滤液中加入硫酸酸化后电解得到过二硫酸铵[(NH4)2S2O8]。据此分析解答。

(1)根据上述分析，铁粉主要作用是将Fe3+还原为Fe2+，避免Fe3+和TiO2+同时沉淀，故答案为：将Fe3+还原为Fe2+，避免Fe3+和TiO2+同时沉淀；

(2)根据流程图，用氨水调节pH=3，TiO2+生成TiO(OH)2，所以化学方程式为：TiOSO4+2NH3H2O = TiO(OH)2↓+ (NH4)2SO4，答案：TiOSO4+2NH3H2O = TiO(OH)2↓+ (NH4)2SO4；

(3)滤渣I为氢氧化亚铁和氢氧化铝，部分氢氧化亚铁氧化为氢氧化铁，滤渣II为氢氧化铁沉淀，因此滤渣I、滤渣II均含有的物质的化学式为Fe(OH)3，故答案为：Fe(OH)3；

(4)在碱性溶液中，加入H2O2的目的是氧化除掉Fe(II)氨络离子[Fe(NH3)2]2+得到氢氧化铁沉淀，根据化合价升降守恒，配平后的离子方程式为2[Fe(NH3)2]2++4OH-+4H2O+H2O2=2Fe(OH)3↓+4NH3·H2O，氧化剂为H2O2，还原剂为[Fe(NH3)2]2+，氧化剂与还原剂的物质的量之比理论上等于1：2，故答案为：1：2；

(5)根据常温下，含硫微粒主要存在形式与 pH的关系图，阳极放电的离子主要是HSO4-，则阳极区电解质溶液的pH范围应控制在0～2，阳极发生氧化反应，HSO4-放电转化为S2O82-，则阳极的电极反应为：2HSO4--2e-═S2O82-+2H+，故答案为：0～2；2HSO4--2e-═S2O82-+2H+；

(6)①铁离子过量时，反应结束，故终点现象为：当滴入最后一滴硫酸铁铵时，溶液变成血红色，且30s内不变回原色；答案:当滴入最后一滴硫酸铁铵溶液时，溶液变为血红色且30s内不恢复原色；

②由TiO2～Fe3＋关系式，n(TiO2)=n(Fe3＋)=cmol· L－1×V×10-3L×100mL/25mL=4cV×10-3mol，TiO2纯度为4cV×10-3mol×80g·mol－1/w×100%=32cv/w%，故答案为：32cv/w%。