Question

(16分)某工廠對(duì)工業(yè)生產(chǎn)鈦白粉產(chǎn)生的廢液進(jìn)行綜合利用，廢液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4，可用于生產(chǎn)顏料鐵紅和補(bǔ)血?jiǎng)┤樗醽嗚F。其生產(chǎn)工藝流程如下：

已知：

①TiOSO4可溶于水，在水中可以電離為TiO2+和SO42-：

②)TiOSO4水解的反應(yīng)為：TiOSO4+(x+1)H2O=TiO2?xH2O↓+H2SO4

請(qǐng)回答：

（1）步驟①所得濾渣的主要成分為__________________。

（2）步驟③硫酸亞鐵在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫，該反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比_______。

（3）步驟④需控制反應(yīng)溫度低于35℃，其目的是___________________。

（4）步驟④反應(yīng)的離子方程式是______________________。

（5）已知：FeCO3(s) Fe2+(aq)+CO32-(aq)，試用平衡移動(dòng)原理解釋步驟⑤生成乳酸亞鐵的原因__________。

（6）溶液B常被用于電解生產(chǎn)(NH4)2S2O8(過二硫酸銨)。電解時(shí)均用惰性電極，陽極發(fā)生的電極反應(yīng)可表示為_____________________________________。

（7）Fe3+對(duì)H2O2的分解具有催化作用。利用下圖(a)和(b)中的信息，按圖(c)裝置(連通的A、B瓶中已充有NO2氣體)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。可觀察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的_________(填“深”或“淺”)，其原因是______________。

Answer 1

(16分) （1）TiO2?xH2O、Fe（2分）；（2）1:4 （2分）（3）防止NH4HCO3分解（或減少Fe2＋的水解）（2分）

（4）Fe2+ + 2HCO3一== FeCO3 ↓+ H2O + CO2 ↑（2分）

（5）乳酸(電離出的H+)與CO32一反應(yīng)，降低了CO32一的濃度，使上述沉淀溶解平衡正向移動(dòng)，使碳酸亞鐵溶解得到乳酸亞鐵溶液（2分）

（6）2SO42－－2e－==S2O82－（2分）

（7）①深（2分）；②H2O2分解放熱，使平衡2NO2N2O4向生成NO2方向移動(dòng)（2分）

【解析】

試題分析：（1）在反應(yīng)廢液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4，向其中加入Fe屑，發(fā)生反應(yīng)：Fe2(SO4)3+Fe= 3FeSO4； Fe+H2SO4= FeSO4+ H2↑; 隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液的酸性減弱，TiOSO4發(fā)生水解反應(yīng)： TiOSO4+(x+1)H2O=TiO2?xH2O↓+H2SO4；所以得到的濾渣成分是TiO2?xH2O；（2） ③FeSO4溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶得到綠礬，然后將其在空氣中煅燒，發(fā)生反應(yīng)：4FeSO4+O22Fe2O3+4SO3，生成鐵紅和三氧化硫，該反應(yīng)中氧化劑是O2，還原劑是FeSO4。由于在氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移守恒，所以氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比1:4；（3）步驟④是FeSO4溶液中加入NH4HCO3，來制取FeCO3，需控制反應(yīng)溫度低于35℃，是為了防止NH4HCO3分解及減少Fe2＋的水解反應(yīng)的發(fā)生；（4）步驟④反應(yīng)的離子方程式是Fe2+ + 2HCO3一== FeCO3 ↓+ H2O + CO2 ↑；（5） FeCO3難溶于水，但是在水中也有一定的溶解度，因此在溶液中存在沉淀溶解平衡：FeCO3(s) Fe2+(aq)+CO32-(aq)，當(dāng)向其中加入乳酸時(shí)，乳酸電離出的H+與CO32一反應(yīng)，形成HCO3-，降低了CO32一的濃度，使上述沉淀溶解平衡正向移動(dòng)，使碳酸亞鐵溶解得到乳酸亞鐵溶液；（6）在溶液B中含有SO42一,常被用于電解生產(chǎn)(NH4)2S2O8(過二硫酸銨)。電解時(shí)均用惰性電極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，該電極的電極反應(yīng)可表示為2SO42－－2e－==S2O82－；（7）根據(jù)圖a可知H2O2的負(fù)極反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)2NO2N2O4的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。在裝置c的左邊燒內(nèi)放有水，在右邊的燒杯內(nèi)放有H2O2和Fe2(SO4)3的混合溶液，因?yàn)镕e3+對(duì)H2O2的分解具有催化作用，所以H2O2會(huì)不斷分解，放出熱量沒事右邊的燒杯內(nèi)的水的溫度升高。根據(jù)平衡移動(dòng)原理：升高溫度，平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NO2濃度增大，所以連通器內(nèi)的氣體顏色加深。

考點(diǎn)：考查生產(chǎn)鈦白粉產(chǎn)生的廢液的綜合利用的知識(shí)。主要包括物質(zhì)的分離、氧化還原反應(yīng)中物質(zhì)的關(guān)系、鹽的水解、沉淀溶解平衡、原電池反應(yīng)原理、反應(yīng)熱的綜合利用及溫度對(duì)可逆反應(yīng)的平衡移動(dòng)的影響。