Question

四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣（主要成分为TiO₂、FeO、Fe₂O₃，Ti的最高化合价为+4）作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：

请回答下列问题：

（1）硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是____________________________________。

（2）向滤液I中加入铁粉，发生反应的离子方程式为：_________________________、_______________________________________。

（3）在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅲ，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：_______________________________________________。

过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、___________、______________、_______________________（填化学式），减少废物排放。

（4）A可用于生产红色颜料（Fe₂O₃），其方法是：将556a kg A（摩尔质量为278 g/mol）溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3336b kg A和112c kg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe₂O₃附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料_______________________kg。

Answer

或 加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低浓度促进钛盐水解

【解析】

钛铁矿渣（主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3）加入浓硫酸，TiO2、FeO、Fe2O3和浓硫酸反应，生成硫酸盐，加水后的滤液Ⅰ中主要有Ti(SO4)2、FeSO4、Fe2(SO4)3，加入过量铁粉可和Fe2(SO4)3反应生成FeSO4，再过滤，得到的滤液Ⅱ中的FeSO4可以通过蒸发浓缩、冷却结晶以FeSO4·7H2O形式析出，滤液Ⅲ调节溶液的pH，使钛离子水解得到水合二氧化钛，煅烧得到二氧化钛。

（1）硫酸与二氧化钛发生复分解反应，化学方程式是。

（2）向滤液I中加入铁粉，滤液I中的H+和Fe3+都可以和铁发生反应，离子方程式为：、。

（3）水解是吸热的，加入水可以使水解平衡正向移动，所以在水解过程中不断通入高温水蒸气，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，滤液中的钛盐、H2O、FeSO4、H2SO4都可以循环利用。故答案为：加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低浓度促进钛盐水解，H2O、FeSO4、H2SO4；

（4）556a kg FeSO4·7H2O的物质的量为2a×103mol，加入氢氧化钠溶液恰好完全反应，所以加入的NaOH的物质的量4a×103mol，产生红褐色胶体Fe(OH)3；再加入3336b kg FeSO4·7H2O(12b×103mol)和112c kg(2c×103mol)铁粉。所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，Na+为4a×103mol，SO42-为4a×103mol+12b×103mol，根据电荷守恒，溶液中的Fe3+为8b×103mol，故Fe2O3中的铁有2a×103mol+(12b×103mol -8b×103mol)+2c×103mol，所以Fe2O3的物质的量为a×103mol+2b×103mol+c×103mol，Fe2O3的质量为160(a×103mol+2b×103mol+c×103mol)g=kg。