Question

【題目】目前我國主要采用硫酸法生產鈦白（TiO2），每年產生至少100萬噸鈦白廢液，其中含H2SO4約20%，還有少量Fe2+、TiO2+、Al3+。利用鈦白廢液浸出氧化鋅生產七水硫酸鋅，具有原料易得、工藝簡單、回收率高和產品純度高等優點。生產流程簡化如下：

回答下列問題：

（1）“浸出”時發生的主要反應的離子方程式為_______。

（2）為尋找“浸出”的最佳條件，做9組對比實驗得下表：

因素	溫度/℃	反應時間/h	固液比	產率/%
1	70	2	1∶6.5	79.83
2	70	3	1∶7.5	86.18
3	70	4	1∶8.5	84.33
4	80	2	1∶7.5	83.06
5	80	3	1∶8.5	87.02
6	80	4	1∶6.5	95.38
7	90	2	1∶8.5	83.58
8	90	3	1∶6.5	88.95
9	90	4	1∶7.5	89.64

由表中數據可知，“浸出率”最高時的反應條件是_______。

（3）從生產實際考慮，調濾液的pH時選擇加入石灰乳的原因是_______。

（4）常溫下，按1:6固液質量比反應的浸出液中鋅離子濃度最大值約為2.5mol/L，若Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10-17，lg4.8≈0.68。則加入石灰乳調節的pH應不超過______（保留一位小數）。

（5）在加熱下鼔入空氣時，發生反應的化學方程式是___，此時TiO2+也會水解生成H2TiO3沉淀，發生反應的離子方程式為_____。

（6）加熱下加入H2O2目的是進一步氧化除雜，氧化產物為__。抽濾得到的濾渣主要成分有___和H2TiO3（填化學式）。

Answer 1

【答案】ZnO＋2H+==Zn2+＋H2O 80℃，反應時間4h，固液比1∶6.5 氫氧化鈣價格低廉，并有較強的堿性 5.3 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O==4Fe(OH)3 TiO2+＋2H2O ==H2TiO3↓＋2H+ Fe(OH)3 CaSO4、Fe(OH)3、Al(OH)3

【解析】

鈦白廢液中含H2SO4約20%，還有少量Fe2+、TiO2+、Al3+。鈦白廢液中的酸與氧化鋅反應，將氧化鋅溶解，過濾除去不溶物，在濾液中加入石灰乳調節溶液的pH，可以使亞鐵離子、鋁離子沉淀，并使TiO2+水解生成沉淀，鼓入空氣將氫氧化亞鐵充分氧化轉化為溶解度更小的氫氧化鐵沉淀，混合液經過抽濾得到硫酸鋅溶液，蒸發濃縮，冷卻晶體得到硫酸鋅晶體，據此分析解答。

(1)“浸出”時鈦白廢液中的酸與氧化鋅反應，反應的離子方程式為ZnO＋2H+=Zn2+＋H2O，故答案為：ZnO＋2H+=Zn2+＋H2O；

(2)根據表格數據可知，溫度在80℃，反應時間在4h左右，固液比為1∶6.5時，“浸出率”最高達95.38%，故答案為：80℃，反應時間4h，固液比1∶6.5；

(3)從生產實際考慮，工業生產一般都需要考慮成本，由于氫氧化鈣價格低廉，并有較強的堿性因此調濾液的pH時選擇加入石灰乳，故答案為：氫氧化鈣價格低廉，并有較強的堿性；

(4)氫氧化鋅剛好開始沉淀時，c(OH-)===4.8×10-8 mol/L，此時pH=14-[-lg(4.8×10-8)]≈14-(8+0.68) ≈ 5.3，為了除去溶液中的雜質離子，而不沉淀鋅離子，溶液的pH應不超過5.3，故答案為：5.3；

(5)在加熱下鼔入空氣時，生成的氫氧化亞鐵被氧化生成氫氧化鐵，反應的化學方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，此時TiO2+也會水解生成H2TiO3沉淀，反應的離子方程式為TiO2+＋2H2O =H2TiO3↓＋2H+，故答案為：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3；TiO2+＋2H2O =H2TiO3↓＋2H+；

(6)加熱下加入H2O2目的是進一步氧化除去氫氧化亞鐵雜質，氧化生成氫氧化鐵沉淀；根據(5)的提示，抽濾得到的濾渣中除了含有Fe(OH)3、H2TiO3外，硫酸鈣微溶于水，還應該含有加入石灰乳生成的硫酸鈣沉淀，加入石灰乳，溶液中的鋁離子會生成氫氧化鋁沉淀，故答案為：CaSO4、Fe(OH)3、Al(OH)3。