Question

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。其生产步骤如下：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中可以电离为TiO²⁺和SO₄^2-，TiOSO₄水解成TiO₂•xH₂O沉淀为可逆反应；乳酸结构简式为CH₃CH(OH)COOH。

请回答：

（1）步骤①中分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是________________________。

（2）加入铁屑的目的一是还原少量Fe₂(SO₄)₃；二是使少量TiOSO₄转化为TiO₂•xH₂O滤渣，用平衡移动的原理解释得到滤渣的原因___________________________。

（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_________________。

（4）用离子方程式解释步骤⑤中加乳酸能得到乳酸亚铁的原因_________________。

（5）步骤④的离子方程式是_________________________________________。

（6）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100.00 mL溶液，取出20.00 mL溶液，用KMnO₄溶液滴定（杂质与KMnO₄不反应）。若消耗0.1000 mol•L^-1 KMnO₄溶液20.00 mL，所得晶体中FeSO₄·7H₂O的质量分数为______________（用a表示）。

Answer

过滤 TiOSO4+(x+1)H2OTiO2 • xH2O↓+H2SO4或TiO2++(x+1)H2OTiO2 • xH2O↓+2H+，铁屑与H2SO4反应，c(H+)降低，使平衡正向移动，TiOSO4转化为TiO2•xH2O滤渣 1: 4 FeCO3+2CH3CH(OH)COOH== Fe2++2CH3CH(OH)COO-+H2O+CO2↑ Fe2++2HCO3-==FeCO3↓+H2O+CO2↑ 13.9/a

【解析】

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，生成碳酸亚铁沉淀、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)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)H2OTiO2•xH2O↓+H2SO4，铁屑与H2SO4反应，c(H+)降低，使平衡正向移动，TiOSO4转化为TiO2•xH2O滤渣，故答案为TiOSO4+(x+1)H2OTiO2•xH2O↓+H2SO4，铁屑与H2SO4反应，c(H+)降低，使平衡正向移动，TiOSO4转化为TiO2•xH2O滤渣；

(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+O22Fe2O3+4SO3，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1: 4，故答案为1: 4；

(4)骤⑤中，碳酸亚铁与乳酸反应生成乳酸亚铁，反应的离子方程式为FeCO3+2CH3CH(OH)COOH== Fe2++2CH3CH(OH)COO-+H2O+CO2↑，故答案为FeCO3+2CH3CH(OH)COOH== Fe2++2CH3CH(OH)COO-+H2O+CO2↑；

(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=×100%=，故答案为。