Question

(16分)某工厂对工业生产钛白粉产生的废液进行综合利用，废液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂(SO₄)₃、TiOSO₄，可用于生产颜料铁红和补血剂乳酸亚铁。其生产工艺流程如下：

已知：

①TiOSO₄可溶于水，在水中可以电离为TiO²⁺和SO₄^2-：

②)TiOSO₄水解的反应为：TiOSO₄+(x+1)H₂O=TiO₂∙xH₂O↓+H₂SO₄

请回答：

（1）步骤①所得滤渣的主要成分为__________________。

（2）步骤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_______。

（3）步骤④需控制反应温度低于35℃，其目的是___________________。

（4）步骤④反应的离子方程式是______________________。

（5）已知：FeCO₃(s) Fe²⁺(aq)+CO₃^2-(aq)，试用平衡移动原理解释步骤⑤生成乳酸亚铁的原因__________。

（6）溶液B常被用于电解生产(NH₄)₂S₂O₈(过二硫酸铵)。电解时均用惰性电极，阳极发生的电极反应可表示为_____________________________________。

（7）Fe³⁺对H₂O₂的分解具有催化作用。利用下图(a)和(b)中的信息，按图(c)装置(连通的A、B瓶中已充有NO₂气体)进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的_________(填“深”或“浅”)，其原因是______________。

Answer

(16分) （1）TiO2•xH2O、Fe（2分）；（2）1:4 （2分）（3）防止NH4HCO3分解（或减少Fe2＋的水解）（2分）

（4）Fe2+ + 2HCO3一== FeCO3 ↓+ H2O + CO2 ↑（2分）

（5）乳酸(电离出的H+)与CO32一反应，降低了CO32一的浓度，使上述沉淀溶解平衡正向移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液（2分）

（6）2SO42－－2e－==S2O82－（2分）

（7）①深（2分）；②H2O2分解放热，使平衡2NO2N2O4向生成NO2方向移动（2分）

【解析】

试题分析：（1）在反应废液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4，向其中加入Fe屑，发生反应：Fe2(SO4)3+Fe= 3FeSO4； Fe+H2SO4= FeSO4+ H2↑; 随着反应的进行，溶液的酸性减弱，TiOSO4发生水解反应： TiOSO4+(x+1)H2O=TiO2∙xH2O↓+H2SO4；所以得到的滤渣成分是TiO2∙xH2O；（2） ③FeSO4溶液蒸发浓缩，冷却结晶得到绿矾，然后将其在空气中煅烧，发生反应：4FeSO4+O22Fe2O3+4SO3，生成铁红和三氧化硫，该反应中氧化剂是O2，还原剂是FeSO4。由于在氧化还原反应中电子转移守恒，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比1:4；（3）步骤④是FeSO4溶液中加入NH4HCO3，来制取FeCO3，需控制反应温度低于35℃，是为了防止NH4HCO3分解及减少Fe2＋的水解反应的发生；（4）步骤④反应的离子方程式是Fe2+ + 2HCO3一== FeCO3 ↓+ H2O + CO2 ↑；（5） FeCO3难溶于水，但是在水中也有一定的溶解度，因此在溶液中存在沉淀溶解平衡：FeCO3(s) Fe2+(aq)+CO32-(aq)，当向其中加入乳酸时，乳酸电离出的H+与CO32一反应，形成HCO3-，降低了CO32一的浓度，使上述沉淀溶解平衡正向移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液；（6）在溶液B中含有SO42一,常被用于电解生产(NH4)2S2O8(过二硫酸铵)。电解时均用惰性电极，阳极发生氧化反应，该电极的电极反应可表示为2SO42－－2e－==S2O82－；（7）根据图a可知H2O2的负极反应是放热反应，反应2NO2N2O4的正反应是放热反应。在装置c的左边烧内放有水，在右边的烧杯内放有H2O2和Fe2(SO4)3的混合溶液，因为Fe3+对H2O2的分解具有催化作用，所以H2O2会不断分解，放出热量没事右边的烧杯内的水的温度升高。根据平衡移动原理：升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，NO2浓度增大，所以连通器内的气体颜色加深。

考点：考查生产钛白粉产生的废液的综合利用的知识。主要包括物质的分离、氧化还原反应中物质的关系、盐的水解、沉淀溶解平衡、原电池反应原理、反应热的综合利用及温度对可逆反应的平衡移动的影响。