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）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）步骤Ⅲ中发生反应的离子方程式为______________；反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是___________________。

（4）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+)=1×10-6 mol/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____。

（5）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末得到固体TiO2·nH2O。请结合原理和化学用语解释其原因___________。

Answer 1

【答案】 +4 KSCN溶液 Fe2+ + 2HCO3-= FeCO3↓ + H2O + CO2↑ 防止NH4HCO3受热分解 （或抑制Fe2+的水解） 没有 向容器中补充足量空气（或氧气） TiO2+ + (n+1)H2O TiO2·nH2O + 2H+，加入Na2CO3，消耗H+，使水解平衡向正方向移动

【解析】试题分析：本题以酸性钛矿废水的综合利用为载体，考查流程的分析，Fe3+的检验，离子方程式的书写，反应条件的控制，溶度积的应用，外界条件对盐的水解平衡的影响。

（1）TiO2+中O的化合价为-2价，根据离子所带电荷等于正负化合价的代数和，Ti的化合价为+4价。

（2）步骤I中加入铁屑的作用是将Fe3+还原为Fe2+，若铁屑足量则Fe3+被完全还原，反之溶液中仍含Fe3+，所以检验加入铁屑是否足量即检验溶液中是否含Fe3+，检验的试剂是KSCN溶液，加入KSCN溶液，溶液不变红则加入的铁屑足量。

（3）根据流程，步骤III是向FeSO4溶液中加入NH4HCO3溶液生成FeCO3，反应的化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑，离子方程式为Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑。反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是防止NH4HCO3受热分解、抑制Fe2+的水解。

（4）此时c（H+）=10-8.5mol/L，c（OH-）=10-5.5mol/L，离子积c（Fe2+）·c2（OH-）=110-6（10-5.5）2=110-17Ksp[Fe（OH）2]，所以所得FeCO3中没有Fe（OH）2。步骤IV的过程为FeCO3煅烧得到Fe2O3，FeCO3被氧化成Fe2O3，为了得到纯净的Fe2O3，FeCO3应完全被氧化，除了适当的温度外，还要向容器中补充足量的空气或氧气，反应的化学方程式为4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2。

（5）根据题意TiO2+易水解，TiO2+水解的离子方程式为TiO2++（n+1）H2OTiO2·nH2O+2H+，加入Na2CO3粉末，消耗H+，使水解平衡向正方向移动，得到固体TiO2·nH2O。