Question

（2010?四川）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图：

请回答下列问题：
（1）硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是

TiO₂+2H₂SO₄=Ti₂（SO₄）₂+2H₂O或TiO₂+H₂SO₄=TiOSO₄+H₂O

．
（2）向滤液Ⅰ中加入铁粉，发生反应的离子方程式为：

Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺

、

Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑

．
（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．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：

加入促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低H⁺浓度促进钛盐水解

．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

、

FeSO₄

、

H₂SO₄

（填化学式），减少废物排放．
（4）A可用于生产红色颜料（Fe₂O₃），其方法是：将556akgA（摩尔质量为278g/mol）溶于水中，加入过量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体，再向红褐色胶体中加入3336bkgA和112ckg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完全后，有大量Fe₂O₃附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；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钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料

160a+320b+160c

kg．

Answer 1

分析：（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，知沸水、高温水蒸气、维持溶液沸腾等均为升温，沸水、高温水蒸气即加水且降低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；

解答：解：（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=Ti₂（SO₄）₂+2H₂O或TiO₂+H₂SO₄=TiOSO₄+H₂O；
故答案为：TiO₂+2H₂SO₄=Ti₂（SO₄）₂+2H₂O或TiO₂+H₂SO₄=TiOSO₄+H₂O；
（2）加入浓硫酸后，浓硫酸可以氧化亚铁离子，再加入铁粉，铁粉可以还原铁离子，铁粉还可以与溶液中的H⁺反应，反应的离子方程式为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（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，知沸水、高温水蒸气、维持溶液沸腾等均为升温，沸水、高温水蒸气即加水且降低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．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：加入促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低H⁺浓度促进钛盐水解；H₂O； FeSO₄； H₂SO₄；
（4）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2c×10³mol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2a×10³mol；利用SO₄^2-离子守恒，n（FeSO₄）=n（Na₂SO₄）+3n[Fe₂（SO₄）₃]，可知Fe₂（SO₄）₃物质的量为（2a+12b-2a）×10³mol×

1

3

=4b×10³mol；利用Fe元素守恒，n（FeSO₄）+n（Fe）=2 n[Fe₂（SO₄）₃]+2n（Fe₂O₃），可知n（Fe₂O₃）=（2a+12b+2c-4b×2）×10³mol×

1

2

=（a+2b+c）×10³mol，计算得m（Fe₂O₃）=（160a+320b+160c）kg；
故答案为：160a+320b+160c

点评：本题考查了化学工艺流程的分析判断，解答化工工艺流程题要全面分析理解流程中各个步骤各有何作用（即各工艺流程的目的是什么）、依次涉及何种反应原理、原料、产品、杂质、副产品等成分是什么、这些物质间如何进行转化等，在此基础上，根据各设问，步步深入，进行快速解答．