Question

2．利用酸解法制钛白粉产生的废液[含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄]，生产硫酸亚铁和补血剂乳酸亚铁．其生产步骤如下_：

请回答：
（1）步骤①中分离操作的名称是过滤；步骤⑥必须控制一定的真空度，原因是防止Fe²⁺被氧化
（2）废液中的TiOSO₄在步骤①能水解生成滤渣（主要成分为TiO₂•xH₂O）的化学方程式为TiOSO₄+（x+1）H₂O?TiO₂•xH₂O+H₂SO₄；步骤④的离子方程式为Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑
（3）用平衡移动原理解释步骤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）配平酸性高锰酸钾溶液与硫酸亚铁溶液反应的离子方程式：
5 Fe²⁺+1 MnO₄^-+8 H⁺=5Fe³⁺+1 Mn²⁺+4H₂O
取步骤②所得晶体样品a g，溶于稀硫酸配成100.00mL溶液，取出20.00mL溶液，用KMnO₄溶液滴定（杂质与KMnO₄不反应）．若消耗0.1000mol•L^-1 KMnO₄溶液20.00mL，则所得晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数为（以含a的式子表示）$\frac{13.9}{a}$．

Answer 1

分析 （1）实现固体和液体的分离用过滤的方法，亚铁离子易被氧气氧化；
（2）TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O和硫酸；由流程图可知，硫酸亚铁与碳酸氢铵反应是碳酸亚铁，还生成气体为二氧化碳，溶液B为硫酸铵溶液；
（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）酸性高锰酸钾氧化硫酸亚铁时，Mn由+7价变为+2价，亚铁离子被氧化为铁离子，高锰酸根离子与亚铁离子物质的量之比为1：5，结合原子守恒配平；亚铁离子会被高锰酸钾氧化为三价铁离子，本身被还原为+2价的锰离子，根据电子守恒，则 5 FeSO₄•7H₂O～KMnO₄，令FeSO₄•7H₂O的质量分数为x，根据关系式列方程计算．

解答 解：（1）实现固体和液体的分离用过滤的方法，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：过滤；防止Fe²⁺被氧化；
（2）TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O和硫酸，化学方程式为：TiOSO₄+（x+1）H₂O?TiO₂•xH₂O+H₂SO₄，由流程图可知，硫酸亚铁与碳酸氢铵反应是碳酸亚铁，还生成气体为二氧化碳，溶液B为硫酸铵溶液，反应离子方程式为：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑，
故答案为：TiOSO₄+（x+1）H₂O?TiO₂•xH₂O+H₂SO₄；Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
（3）碳酸亚铁的沉淀存在溶解平衡：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）酸性高锰酸钾氧化硫酸亚铁时，Mn由+7价变为+2价，亚铁离子被氧化为铁离子，高锰酸根离子与亚铁离子物质的量之比为1：5，结合原子守恒配平，该反应的离子方程为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
亚铁离子会被高锰酸钾氧化为三价铁离子，本身被还原为+2价的锰离子，根据电子守恒，则
5 FeSO₄•7H₂O～KMnO₄，
5×278g       1mol
ag×x     0.1000mol/L×0.02L×$\frac{100mL}{20mL}$
所以5×278g：ag×x=1mol：0.1000mol/L×0.02L×$\frac{100mL}{20mL}$
解得x=$\frac{13.9}{a}$，
故答案为：5、1、8、5、1、4H₂O；$\frac{13.9}{a}$．

点评 本题是化学工艺流程题目，是一道金属元素的单质以及化合物性质的综合应用题目，涉及对原理的理解、实验条件下的选择与控制、物质的分离提纯、氧化还原反应、平衡移动原理等，考查学生分析和解决问题的能力，难度中等．