Question

5．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]，生产铁红和补血剂乳酸亚铁．其生产步骤如图：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中可以电离为TiO²⁺和SO₄^2-
请回答：
（1）步骤①中分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是过滤
（2）滤渣的主要成分为TiO₂•xH₂O，写出TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化学方程式TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄
（3）硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：4
（4）用平衡移动的原理解释步骤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
（5）步骤④的离子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑
（6）步骤⑥必须控制一定的真空度，原因是有利于蒸发水以及防止Fe²⁺被氧化
（7）为测定步骤②中所得晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数，取晶体样品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，所得晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数为$\frac{13.9}{a}$（用a表示）

Answer 1

分析 废液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，加铁屑，Fe与H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃反应生成FeSO₄，TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O，过滤，滤渣为TiO₂•xH₂O、Fe，滤液为FeSO₄，FeSO₄溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸亚铁晶体，脱水、煅烧得到氧化铁；FeSO₄溶液中加碳酸氢铵碳酸亚铁沉淀、硫酸铵和二氧化碳，碳酸亚铁沉淀加乳酸溶解生成乳酸亚铁溶液和二氧化碳，乳酸亚铁溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到乳酸亚铁晶体，
（1）实现固体和液体的分离用过滤的方法；
（2）根据水解原理：盐+水=酸+碱，结合水解产物是TiO₂•xH₂O来书写；
（3）根据氧化还原方程式并结合概念确定氧化剂和还原剂，进而确定物质的量之比；
（4）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；
（5）亚铁离子可以和碳酸氢根离子之间反应生成碳酸亚铁沉淀；
（6）亚铁离子易被氧气氧化；
（7）根据元素守恒和电子守恒计算FeSO₄•7H₂O的质量分数．

解答 解：（1）分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是过滤，故答案为：过滤；
（2）TiOSO₄水解生成TiO₂•xH₂O的化学方程式为：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄，
故答案为：TiOSO₄+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄；
（3）硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫的方程式为：4FeSO₄+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₃，氧化剂是氧气，还原剂是氧化铁，所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：4，
故答案为：1：4；
（4）根据碳酸铁的沉淀溶解平衡原理：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），加入乳酸，这样CO₃^2-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液，
故答案为：FeCO₃（s）?Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液；
（5）步骤④的离子方程式是Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑，
故答案为：Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
（6）亚铁离子易被氧气氧化，所以步骤⑥必须控制一定的真空度，这样有利于蒸发水还能防止Fe²⁺被氧化，故答案为：防止Fe²⁺被氧化；
（7）亚铁离子会被高锰酸钾氧化为三价铁离子，本身被还原为+2价的锰离子，根据电子守恒，即5FeSO₄•7H₂O～KMnO₄，根据消耗0.1000mol•L^-1 KMnO₄溶液20.00mL，所以晶体中FeSO₄•7H₂O的质量分数=$\frac{0.1000mol/L×0.02L×5×5×278g/mol}{a}$×100%=$\frac{13.9}{a}$，故答案为：$\frac{13.9}{a}$．

点评 考查分离提纯的操作简单；水解离子方程式的书写要用到题中所给信息；陌生离子方程式的书写要从化工工艺流程中获取有用信息，对学生的要求较高；对氧化还原反应的考查较多，特别是定量计算，寻找关系式，都要用到得失电子守恒，化合价升降总数相等的知识，氧化还原反应的滴定是一个难点．平衡移动的知识考查了溶解平衡的知识，难度适中．