Question

利用钛矿的酸性废液(含TiO^2＋、Fe^2＋、Fe^3＋、等)，可回收获得FeS₂纳米材料、Fe₂O₃和TiO₂·nH₂O等产品，流程如下：

(1)TiO^2＋中钛元素的化合价为_____价。TiO^2＋只能存在于强酸性溶液中，因为TiO^2＋易水解生成TiO₂·nH₂O，写出水解的离子方程式：_____。

(2)向富含TiO^2＋的酸性溶液中加入Na₂CO₃粉末能得到固体TiO₂·nH₂O。请用化学反应原理解释：_____。

(3)NHHCO₃溶液与FeSO₄溶液反应的离子方程式为_____，该反应需温度在308K以下，其目的是_____。

(4)Fe^2＋的外层电子排布式为_____。

(5)实验室常用KSCN溶液来检验Fe^3＋的存在，与SCN互为等电子体的分子有_____(写一个物质即可)

Answer

+4 TiO2++(n+1)H2O⇌TiO2·nH2O+2H+ Na2CO3消耗H+，c(H+)减小，使TiO2+水解平衡向生产TiO2·nH2O方向移动 Fe2++2=FeCO3↓+CO2↑+H2O 防止NH4HCO3受热分解和减少Fe2+的水解，减少FeCO3的生成损失 1s22s22p63s23p63d6 CO2或N2O

【解析】

钛矿的酸性废液(含TiO2+、Fe2+、Fe3+、SO42-等)，该工艺流程过程中有如下反应发生：加入铁屑，2Fe3++Fe=3Fe2+；冷却结晶得到绿矾FeSO4·7H2O和含有TiO2+的酸性溶液，向溶液加入碳酸钠粉末，降低溶液酸性，得到TiO2•nH2O，绿矾晶体可制备FeS2纳米材料，将绿矾晶体溶解为FeSO4溶液，加入足量的碳酸氢铵溶液，发生反应：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O，将得到的固体FeCO3与氧气煅烧生成Fe2O3，据此分析解答。

（1）TiO2+中氧元素-2价，则钛元素+4；TiO2+只能存在于强酸性溶液中，因为TiO2+易水解生成TiO2•nH2O，水解的反应方程式为：TiO2++(n+1)H2O⇌TiO2•nH2O+2H+；答案为：+4， TiO2++(n+1)H2O⇌TiO2•nH2O+2H+。

（2）含有TiO2+的酸性溶液，存在平衡TiO2++(n+1)H2O⇌TiO2•nH2O+2H+，向溶液加入碳酸钠粉末，Na2CO3消耗H+，c(H+)减少，使TiO2+水解平衡向生成TiO2•nH2O方向移动；答案为Na2CO3消耗H+，c(H+)减少，使TiO2+水解平衡向生成TiO2•nH2O方向移动。

（3）NH4HCO3溶液与FeSO4溶液反应生成FeCO3和二氧化碳，离子方程式为：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O，该反应需控制温度在308K以下，防止NH4HCO3受热分解和减少Fe2+的水解，减小FeCO3的生成损失；答案为Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O；防止NH4HCO3受热分解和减少Fe2+的水解，减小FeCO3的生成损失。

（4）Fe是26号元素，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，失去4s能级2个电子形成Fe2+，Fe2＋的外层电子排布式为1s22s22p63s23p63d6；答案为1s22s22p63s23p63d6。

（5）等电子体是指原子总数相同，价电子总数也相同的微粒，SCN-原子总数3，价电子数为6+4+5+1=16，而CO2中，原子总数3，价电子总数为4+6+6=16，符合等电子体的要求，N2O中原子总数3，价电子总数为5+5+6=16，符合等电子体的要求，所以与SCN互为等电子体的分子是CO2或N2O；答案为CO2或N2O。