Question

【题目】钛矿工业中的硫酸酸性废水富含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中加入铁屑的作用是________________________。（以离子方程式表示）

（3）操作a是_________ 、__________、过滤、洗涤、干燥 。

（4）步骤Ⅲ中发生反应的化学方程式为________________________；反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是____________________________________。

（5）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，所得的FeCO3中没有Fe（OH）2。则溶液中c（Fe2+）小于________ mol/L。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___________。

（6）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末易得到固体TiO2 nH2O。请结合平衡移动原理和化学用语解释其原因_________________________________。

Answer 1

【答案】+4 Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+ 蒸发浓缩 冷却结晶 FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑ 避免温度过高碳酸氢铵分解，减少Fe2+的水解或氧化 8×10-5 向反应容器中补充适量的空气 溶液中存在水解平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），促进水解平衡向生成TiO2nH2O的方向移动

【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）H2OTiO2·n H2O+2H＋向生成TiO2·n H2O的方向移动，可得到TiO2粗产品。

（1）离子中各元素化合价代数和等于离子所带电荷数，元素为-2价，则TiO2＋钛的化合价为+4价。

（2）加入铁粉，首先发生Fe+2Fe3＋=3Fe2＋，其次发生Fe+2H＋=Fe2＋+H2；

（3）操作a是溶液中得到溶质固体，方法是蒸发浓缩、冷却结晶过滤洗涤、干燥；

（4）步骤Ⅲ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℃以下，是为了避免温度过高碳酸氢铵分解，减少铁离子的水解程度；

（5）室温下测得溶液的pH为8.5，c（OH－）=10-14/10-8.5=1×10-5.5，由题中数据可知，溶液中c（Fe2＋）·c（OH－）2=1×10-6×（1×10-5.5）2=1×10-17＜Ksp[Fe（OH）2]=8×10-16，故无Fe（OH）2沉淀生成；

（6）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TiO2·n H2O的方向移动，可得到TiO2粗产品．