Question

高纯超微细草酸亚铁可用于合成新型锂电池电极材料，工业上可利用提取钛白粉的副产品绿矾（FeSO₄?7H₂O）通过下列反应制备：
FeSO₄+2NH₃?H₂O=Fe（OH）₂↓+（NH₄）₂SO₄
Fe（OH）₂+H₂C₂O₄=FeC₂O₄+2H₂O
（1）绿矾中含有一定量的TiOSO₄杂质．将绿矾溶于稀硫酸，加入铁粉、搅拌、充分
反应并保持一段时间，过滤，可得纯净的FeSO₄溶液．在上述过程中，TiOSO₄能与水反应转化为H₂TiO₃沉淀，写出该反应的化学方程式：

 

；加入铁粉的作用有

 

、

 

．
（2）由纯净的FeSO₄溶液制取FeC₂O₄时，需在真空环境下进行，原因是

 

．FeC₂O₄生成后，为提高产品纯度，还需调节溶液pH=2，若pH过低，则导致FeC₂O₄的产率

 

（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）．
（3）将含有FeC₂O₄的混合液过滤，将产品先用水洗涤，再用无水乙醇清洗．无水乙醇的作用是

 

、

 

．
（4）某研究小组欲从某化工残渣（主要成分为Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃）出发，先制备较纯净的FeSO₄溶液，再合成FeC₂O₄．请补充完整由该化工残渣制备较纯净的FeSO₄溶液的实验步骤（可选用的试剂：铁粉、稀硫酸和NaOH溶液）：向一定量该化工残渣中加入足量的稀硫酸充分反应，过滤，

 

，过滤，得到较纯净的FeSO₄溶液．

Answer 1

考点：物质的分离、提纯的基本方法选择与应用,化学平衡的影响因素,制备实验方案的设计

专题：实验设计题,元素及其化合物

分析：（1）根据反应物和生成物写出化学方程式；Fe²⁺具有较强的还原性，Fe可以与氢离子反应调节PH；
（2）Fe²⁺被具有很强的还原性，含有Fe²⁺的氢氧化亚铁、FeC₂O₄等均容易被空气中的氧气氧化，氢氧化亚铁能与氢离子发生反应；
（3）乙醇具有挥发性，与水相比洗涤后干燥较快，可以降低产品的损耗；
（4）某研究小组欲从某化工残渣（主要成分为Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃）出发，先制备较纯净的FeSO₄溶液，弄清楚其思路，向一定量该化工残渣中加入足量加入足量的稀硫酸充分反应，Fe₂O₃、Al₂O₃均会与硫酸反应，分别生成Fe₂（SO₄）₂和Al₂（SO₄）₂，SiO₂不反应，先过滤把SiO₂除去；然后加入过量氢氧化钠溶液让铁离子转化为氢氧化铁沉淀，从而除掉铝离子，然后加稀硫酸溶解氢氧化铁沉淀，最后加铁粉还原．

解答： 解：（1）反应物为TiOSO₄和2H₂O，已知为产物为H₂TiO₃，根据据原子守恒可知另一产物为硫酸，因此化学方程式为：TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄；由于Fe²⁺被具有很强的还原性，容易被氧化为Fe³⁺，铁粉的还原性比Fe²⁺强，因此可以防止Fe²⁺被氧化，另外Fe能与H⁺反应生成Fe²⁺，降低了氢离子的浓度，
故答案为：TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄；防止Fe²⁺被氧化、调节溶液pH；
（2）由纯净的FeSO₄溶液制取FeC₂O₄时，反应中的Fe（OH）₂等物质具有强还原性，容易被空气中的氧气氧化，所以要在真空中进行，中间产物Fe（OH）₂能与H⁺，如果溶液酸性过强，则会使FeC₂O₄的产率下降，
故答案为：避免生成的Fe（OH）₂等物质被氧化；偏低；
（3）无论水洗还是醇洗目的都是除去产品表面吸附的杂质，乙醇具有挥发性，与水相比洗涤后干燥较快，可以降低产品的损耗等优点，
故答案为：除去固体表面的杂质、使产品快速干燥、减少产品的损耗等；
（4）向一定量该化工残渣中加入足量加入足量的稀硫酸充分反应后，二氧化硅不反应过滤除掉，Fe₂O₃、Al₂O₃均会与硫酸反应分别生成Fe₂（SO₄）₂和Al₂（SO₄）₂，然后加入过量氢氧化钠溶液让铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤得到氢氧化铁沉淀，然后加稀硫酸溶解氢氧化铁沉淀，最后加入过量的铁粉把硫酸铁还原为硫酸亚铁，最后过滤掉过量部分的铁粉，即可得到较纯净的FeSO₄溶液，
故答案为：向滤液中滴加过量的NaOH溶液，过滤，充分洗涤固体，向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解，再加入足量的铁粉，充分搅拌后．

点评：本题考查氧化还原反应、离子除杂等相关知识，突出检验学生信息收集、整合、分析问题解决问题的能力，试题开放性强，有些答案不唯一，整体难度较大．