Question

3．某种利用生产钛白废副产物硫酸亚铁溶液（含TiO²⁺离子）生产氧化铁黑（Fe₃O₄）的流程如下：

已知：常温下Ti（OH）₄的K_sp=7.94×10^-54．
回答下列问题：
（1）沉淀池产生的滤渣除了Ti（OH）₄外，主要成分是CaSO₄•2H₂O．产生Ti（OH）₄的离子方程式为TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+2H⁺（或Fe+TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+Fe²⁺+H₂↑）．
（2）在废副硫酸亚铁溶液沉淀池中发生反应的类型没有的是C（填标号）．
A．置换反应    B．化合反应    C．分解反应    D．复分解反应
（3）氧化桶中发生的主要反应的化学方程式为Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（4）本工艺的关键之一在于测定氧化桶流出的滤液中Fe³⁺和Fe²⁺的比例应略小于2：1，约为1.9：1．其主要的原因是Fe²⁺容易被氧化，应使其比例略高．
（5）沉淀池、氧化桶中通入的水蒸气除了加热升温加快反应外，还应该具有的作用是搅拌反应物，使反应物充分反应．
（6）流程中“滤液”的最佳处理方式是循环至沉淀池继续使用．
（7）热交换器的使用实现了能量在流程中的充分利用，降低了能耗，流程中可在热交换器中预热的物质是水、FeCl₂溶液．

Answer 1

分析 废副产物硫酸亚铁溶液（含TiO²⁺离子）加铁屑、氯化钙、水蒸气加热，同时水蒸气还可以搅拌反应物，使反应物充分反应，铁粉与废液中的硫酸发生置换反应，与少量的铁离子发生化合反应，在加热条件下TiO²⁺水解生成Ti（OH）₄，钙离子与硫酸根离子结合生成CaSO₄•2H₂O，都是复分解反应，过滤，滤渣为Ti（OH）₄、CaSO₄•2H₂O，TiO₂•xH₂O，滤液主要含有FeCl₂，滤液中通入空气同时加入石灰乳，再用水蒸气加热，亚铁离子部分被空气中氧气氧化成铁离子，通过压滤机得滤渣2主要为氢氧化亚铁和氢氧化铁的混合物，滤液中主要含有CaCl₂可循环利用，滤渣2在65℃条件下加热可得氧化铁黑（Fe₃O₄），据此答题．

解答 解：硫酸亚铁溶液（含TiO²⁺离子）加铁屑、氯化钙、水蒸气加热，同时水蒸气还可以搅拌反应物，使反应物充分反应，在加热条件下TiO²⁺水解生成Ti（OH）₄，钙离子与硫酸根离子结合生成CaSO₄•2H₂O，过滤，滤渣为Ti（OH）₄、CaSO₄•2H₂O，TiO₂•xH₂O，滤液主要含有FeCl₂，滤液中通入空气同时加入石灰乳，再用水蒸气加热，亚铁离子部分被空气中氧气氧化成铁离子，通过压滤机得滤渣2主要为氢氧化亚铁和氢氧化铁的混合物，滤液中主要含有CaCl₂可循环利用，滤渣2在65℃条件下加热可得氧化铁黑（Fe₃O₄），
（1）根据上面的分析可知，沉淀池产生的滤渣除了Ti（OH）₄外，主要成分是CaSO₄•2H₂O，沉淀池产生Ti（OH）₄的离子方程式为 TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+2H⁺（或Fe+TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+Fe²⁺+H₂↑ ），
故答案为：CaSO₄•2H₂O； TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+2H⁺（或Fe+TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+Fe²⁺+H₂↑ ）；  
（2）根据上面的分析可知，沉淀池中发生的反应有化合、置换、复分解，没有发生分解反应，故选C；
（3）氧化桶中发生的主要反应是生成氢氧化亚铁，然后空气中氧气将氢氧化亚铁氧化成氢氧化铁，反应的化学方程式为Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案为：Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；  
（4）由于Fe²⁺容易被氧化，所以氧化桶流出的滤液中Fe³⁺和Fe²⁺的比例略小于2：1，约为1.9：1，
故答案为：Fe²⁺容易被氧化，应使其比例略高；  
（5）沉淀池、氧化桶中通入的水蒸气除了加热升温加快反应外，还可以搅拌反应物，使反应物充分反应，
故答案为：搅拌反应物，使反应物充分反应；  
（6）滤液中主要含有CaCl₂，最佳处理方式是循环至沉淀池继续使用，
故答案为：循环至沉淀池继续使用；  
（7）根据上面的分析可知，流程中可在热交换器中预热的物质是水、FeCl₂溶液，
故答案为：水、FeCl₂溶液．

点评 本题考查了物质制备方案的设计方法，题目难度中等，明确制备原理及常见物质的性质为解答关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．