Question

以钛白酸废液（主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、Ca²⁺、SO₄^2-等）为原料，获取磷酸钛（2TiO₂•P₂O₅•H₂O）和氧化铁黑（Fe₃O₄）的部分流程如图：

（1）反应Ⅰ中生成2TiO₂•P₂O₅•H₂O的离子方程式为__。工业生产中能提高该反应转化速率的合理措施有__。

a．将H₃PO₄改为Na₃PO₄     b．搅拌反应液    c．适当加热反应液

（2）反应Ⅰ后过滤得到的磷酸钛滤渣经充分洗涤，洗涤液须与滤液合并的原因是__。

（3）若除钙后所得溶液中c（F^-）=2.0×10^-3mol•L^-1，则溶液中c（Ca²⁺）=__。[已知：K_sp（CaF₂）=4.0×10^-11]

（4）反应Ⅱ在80℃条件下进行，反应过程中通入空气速率与产物中Fe₃O₄纯度的关系如图所示。

①过程中加入（NH₄）₂CO₃后溶液的pH__（填“增大”或“不变”或“减小”）。

②过程中若通入空气速率过快，氧化铁黑产品中可能会混有的杂质为__。

Answer

2TiO2++2H3PO4=2TiO2·P2O5·H2O↓+4H+ bc 减少Fe2+的损失，提高氧化铁黑的产率 1.0×10-5mol/L 增大 Fe2O3

【解析】

钛白酸废液（主要含有TiO2+、Fe2+、Ca2+、SO42-等）加入磷酸后，产生2TiO2•P2O5•H2O沉淀，滤液中主要含有Fe2+、Ca2+、SO42-；加入NH4F后，产生CaF2沉淀，此时滤液中主要含有Fe2+、SO42-，通入空气和碳酸铵后，产生氧化铁黑沉淀。

（1）根据题目含义，反应Ⅰ中的离子方程式为2TiO2++2H3PO4=2TiO2·P2O5·H2O↓+4H+；。

将H3PO4改为Na3PO4并不改变反应离子PO42-浓度，不影响反应速率； b．搅拌反应液，使反应物之间充分接触，加快反应速率；c．升高温度，提高反应速率，故反应液工业生产中能提高该反应转化速率的合理措施有bc；

（2）过滤后滤渣充分洗涤，洗涤液须与滤液合并的原因是减少滤液溶质离子，即Fe2+的损失，提高氧化铁黑的产率；

（3）由Ksp(CaF2)= 可知，c(Ca2+)=mol/L；

（4）①过程中加入（NH4）2CO3后，碳酸根与Fe3+发生双水解，抑制铵根的水解，溶液的pH增大；

②过程中若通入空气速率过快，氧气充足，Fe2+彻底氧化为氧化铁Fe2O3杂质。