Question

利用酸解法制钛白粉产生的废液[含有大量的FeSO₄、H₂SO₄和少量的Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄]生产铁红和补血剂乳酸亚铁的工艺流程如图所示：

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

回答下列问题：

（1）TiOSO₄中钛元素的化合价是____________，步骤①中分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是___________。

（2）滤渣的主要成分为TiO₂·xH₂O，结合离子方程式解释得到滤渣的原因：________。

（3）从硫酸亚铁溶液中得到硫酸亚铁晶体的操作方法是____________________；硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，该反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为______。

（4）步骤④中发生反应的离子方程式为______________________。

（5）步骤⑥必须控制一定的真空度，原因是有利于蒸发水以及____________________。

（6）实验室中检验溶液B中主要阳离子的方法是______________________。

Answer

+4 过滤 TiO2++（x+1）H2OTiO2•xH2O+2H+,铁屑与H+反应，c（H+）降低，平衡向正反应方向移动，促使TiO2+转化为TiO2•xH2O 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 1: 4 Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑ 防止Fe2+被氧化 取少量溶液B于试管中，加人NaOH溶液，加热，将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，石蕊试纸变蓝，说明溶液B中含有NH4+

【解析】

由流程图可知，废液中加入铁屑，Fe与H2SO4和少量Fe2（SO4）3反应生成FeSO4，溶液的pH增大，促进TiOSO4的水解沉淀，TiOSO4完全水解生成TiO2•xH2O沉淀，过滤，滤渣为TiO2•xH2O和Fe，滤液为FeSO4溶液；FeSO4溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸亚铁晶体，硫酸亚铁晶体脱水、煅烧得到氧化铁；FeSO4溶液中加碳酸氢铵，两者反应生成碳酸亚铁沉淀、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、干燥得到乳酸亚铁晶体。

（1）由化合价代数和为0可知，TiOSO4中钛元素的化合价是+4价；步骤①中分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是过滤，故答案为+4；过滤；

（2）TiOSO4在溶液中水解生成TiO2•xH2O，水解的离子方程式为：TiO2++（x+1）H2OTiO2•xH2O+2H+，加入铁屑，铁与H+反应，溶液中c（H+）降低，水解平衡向正反应方向移动，促使TiO2+转化为TiO2•xH2O沉淀，故答案为TiO2++（x+1）H2OTiO2•xH2O+2H+,铁屑与H+反应，c（H+）降低，平衡向正反应方向移动，促使TiO2+转化为TiO2•xH2O；

（3）FeSO4溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸亚铁晶体；硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，反应的化学方程式为4FeSO4+O2 2Fe2O3

+4SO3，氧化剂是氧气，还原剂是氧化铁，所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：4，故答案为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；1：4；

（4）步骤④为FeSO4溶液中加碳酸氢铵，两者反应生成碳酸亚铁沉淀、硫酸铵和二氧化碳，反应的离子方程式为Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑，故答案为Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑；

（5）亚铁离子易被空气中氧气氧化，所以步骤⑥必须控制一定的真空度，这样有利于蒸发水还能防止Fe2+被氧化，故答案为防止Fe2+被氧化；

（6）溶液B为硫酸铵溶液，实验室检验铵根离子的方法是：取少量溶液B于试管中，加人NaOH溶液，加热，将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，石蕊试纸变蓝，说明溶液B中含有NH4+，故答案为取少量溶液B于试管中，加人NaOH溶液，加热，将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，石蕊试纸变蓝，说明溶液B中含有NH4+。