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）在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅲ，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。书写水解的离子方程式：_________。

（4）水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：_____________。

（5）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、______(填化学式)，减少废物排放。

（6）A可用于生产红色颜料(Fe2O3)，其实验方法是：

a．5.56a kg A(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33.36b kg A和1.12c kg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 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋Ti++ 4H2OTiO2·H2O+4H+加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低H＋浓度促进钛盐水解H2O、FeSO4、H2SO41.60a＋3.20b＋1.60c

【解析】

(1)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) 钛盐水解的离子方程式:Ti++ 4H2O TiO2H2O+4H+；

(4)影响钛盐水解的因素有浓度、温度等，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；

(5)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；

(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×103mol，可知加入氢氧化钠为4a×103mol；后来又加入12b×103mol的A和

20cmol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20amol；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)=2n[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