Question

【题目】四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣(主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3、Ti的最高化合价为＋4)作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：

请回答下列问题：

（1）硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是_____。

（2）向滤液Ⅰ中加入铁粉，发生反应的离子方程式为_____、_______。

（3）过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、H2O、_____、______(填化学式)，减少废物排放。

（4）A可用于生产红色颜料(Fe2O3)，其实验方法是：

a.5.56akgA(摩尔质量为278g·mol-1)溶于水中，加入适量氢氧化钾溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；

b.再向红褐色胶体中加入33.36bkgA和1.12ckg 铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；

c.过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。

若所得滤液中溶质只有硫酸钾和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料______kg。

Answer 1

【答案】TiO2+2H2SO4=Ti(SO4)2+2H2O或TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O Fe+2Fe3+=3Fe2+ Fe +2H+=Fe2++H2↑ FeSO4 H2SO4 1.60a+3.20b+1.60c

【解析】

（1）依据流程分析，硫酸与二氧化钛反应是发生的复分解反应；
（2）钛铁矿渣（主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合价为+4）作原料溶解于硫酸过滤后得到滤液中含有铁离子、亚铁离子、过滤的硫酸，加入铁粉和铁离子反应，和酸反应；
（3）影响钛盐水解的因素有浓度、温度等，由Ti(SO4)2水解呈酸性，沸水、高温水蒸气、维持溶液沸腾等均为升温，沸水、高温水蒸气加水且降低H+浓度，故高温水蒸气使水解平衡移动的作用是：加水、加热、降低H+浓度均可促进钛盐水解；
（4）考虑最后溶质是只有硫酸钠和硫酸铁，根据开始加入A为2a×103mol，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，说明加入氢氧化钠的物质的量为4a×103mol，后来又加入12b×103mol的A和2c×103mol的铁，根据电荷守恒，溶质中硫酸钠消耗硫酸根离子为2a×103mol，而溶液中加入的硫酸根离子物质的量共计为（2a+12b）×103mol，这样剩下的硫酸根就与铁离子结合。可知消耗铁离子为8b×103mol，根据铁元素守恒计算。

（1） 依据酸的通性，可以与金属氧化物反应，又知道Ti的化合价，可以写出化学方程式为TiO2+2H2SO4=Ti (SO4)2+2H2O或TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O；

（2）浓硫酸有强氧化性，加入钛铁矿渣中能生成Fe3+，加入铁粉，发生Fe+2Fe3+=3Fe2+；铁粉还可以与溶液中过量的H+反应，离子方程式为：Fe+2H+=Fe2++H2↑；

（3） 根据该工艺流程知：滤液Ⅲ的主要成分为大量的钛盐、溶解的硫酸亚铁、少量的硫酸(混合液pH达0.5)等，钛盐水解后过滤去水合二氧化钛，得到的滤液中含有未水解的钛盐及FeSO4、H2SO4、H2O等，故答案为：FeSO4；H2SO4；

（6）依题意A与适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，FeSO4+2NaOH=Na2SO4+Fe(OH)2↓，根据开始加入A为2a×103 mol，可知加入氢氧化钠为4a×103 mol；后来又加入12b×103 mol的A和20c mol的铁，由Na2SO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、Fe2O3等化学式的定量组成和守恒思想分别可求得以下各量：利用Na+离子守恒，n(NaOH)=2n(Na2SO4)，可知Na2SO4物质的量为20a mol；利用SO42-离子守恒，n(FeSO4)=n(Na2SO4)+3n[Fe2(SO4)3]，可知Fe2(SO4)3物质的量为(20a+120b-20a) mol×=40bmol；利用Fe元素守恒，n(FeSO4)+n(Fe)=2 n[Fe2(SO4)3]+2n(Fe2O3)，可知n(Fe2O3)=(20a+120b+20c-40b×2) mol×=(10a+20b+10c)mol，计算得m(Fe2O3)=(1.60a+3.20b+1.60c) kg，故答案为：1.60a+3.20b+1.60c。