Question

【題目】鈦礦工業(yè)中的酸性廢水富含Ti、Fe等元素，其綜合利用如下：

已知：TiO2+易水解，只能存在于強(qiáng)酸性溶液中。

（1）TiO2+鈦的化合價為________

（2）步驟I中檢驗(yàn)鈦礦廢水中加入鐵屑是否足量的試劑是________。

（3）步驟Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________；反應(yīng)溫度一般需控制在35℃以下，其目的是___________________。

（4）已知Ksp[Fe(OH)2] = 8×10-16。步驟Ⅲ中，FeCO3達(dá)到溶解平衡時，若室溫下測得溶液的pH為8.5，c(Fe2+)=1×10-6 mol/L。試判斷所得的FeCO3中____（填“有”或“沒有”）Fe(OH)2；步驟Ⅳ中，為了得到較為純凈的Fe2O3，除了適當(dāng)?shù)臏囟韧猓�還需要采取的措施是____。

（5）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末得到固體TiO2·nH2O。請結(jié)合原理和化學(xué)用語解釋其原因___________。

Answer 1

【答案】 +4 KSCN溶液 Fe2+ + 2HCO3-= FeCO3↓ + H2O + CO2↑ 防止NH4HCO3受熱分解 （或抑制Fe2+的水解） 沒有 向容器中補(bǔ)充足量空氣（或氧氣） TiO2+ + (n+1)H2O TiO2·nH2O + 2H+，加入Na2CO3，消耗H+，使水解平衡向正方向移動

【解析】試題分析：本題以酸性鈦礦廢水的綜合利用為載體，考查流程的分析，Fe3+的檢驗(yàn)，離子方程式的書寫，反應(yīng)條件的控制，溶度積的應(yīng)用，外界條件對鹽的水解平衡的影響。

（1）TiO2+中O的化合價為-2價，根據(jù)離子所帶電荷等于正負(fù)化合價的代數(shù)和，Ti的化合價為+4價。

（2）步驟I中加入鐵屑的作用是將Fe3+還原為Fe2+，若鐵屑足量則Fe3+被完全還原，反之溶液中仍含Fe3+，所以檢驗(yàn)加入鐵屑是否足量即檢驗(yàn)溶液中是否含Fe3+，檢驗(yàn)的試劑是KSCN溶液，加入KSCN溶液，溶液不變紅則加入的鐵屑足量。

（3）根據(jù)流程，步驟III是向FeSO4溶液中加入NH4HCO3溶液生成FeCO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑，離子方程式為Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑。反應(yīng)溫度一般需控制在35℃以下，其目的是防止NH4HCO3受熱分解、抑制Fe2+的水解。

（4）此時c（H+）=10-8.5mol/L，c（OH-）=10-5.5mol/L，離子積c（Fe2+）·c2（OH-）=110-6（10-5.5）2=110-17Ksp[Fe（OH）2]，所以所得FeCO3中沒有Fe（OH）2。步驟IV的過程為FeCO3煅燒得到Fe2O3，FeCO3被氧化成Fe2O3，為了得到純凈的Fe2O3，FeCO3應(yīng)完全被氧化，除了適當(dāng)?shù)臏囟韧猓�還要向容器中補(bǔ)充足量的空氣或氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2。

（5）根據(jù)題意TiO2+易水解，TiO2+水解的離子方程式為TiO2++（n+1）H2OTiO2·nH2O+2H+，加入Na2CO3粉末，消耗H+，使水解平衡向正方向移動，得到固體TiO2·nH2O。