Question

2．鈦礦工業(yè)中的酸性廢水富含Ti、Fe等元素，其綜合利用如下：

已知：TiO²⁺易水解，只能存在于強(qiáng)酸性溶液中．
（1）步驟I中檢驗(yàn)鈦礦廢水中加入鐵屑是否足量的試劑是KSCN溶液（寫(xiě)名稱(chēng)）．
（2）操作a是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌．
（3）步驟Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+H₂O+CO₂↑；反應(yīng)溫度一般需控制在35℃以下，其目的是避免溫度過(guò)高碳酸氫銨分解，減少鐵離子的水解程度．
（4）已知K_sp=[Fe（OH）₂]=8×10^-16．步驟Ⅲ中，F(xiàn)eCO₃達(dá)到溶解平衡時(shí)，若室溫下測(cè)得溶液的pH為8.5，c（Fe²⁺）=1×10^-6mol/L．試判斷所得的FeCO₃中沒(méi)有（填“有”或“沒(méi)有”）Fe（OH）₂；步驟Ⅳ中，為了得到較為純凈的Fe₂O₃，除了適當(dāng)?shù)臏囟韧�，還需要采取的措施是向反應(yīng)容器中補(bǔ)充適量空氣（氧氣）．
（5）向“富含TiO²⁺溶液”中加入Na₂CO₃粉末得到固體TiO₂•nH₂O．請(qǐng)結(jié)合平衡移動(dòng)原理和化學(xué)用語(yǔ)解釋其原因溶液中存在水解平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•nH₂O+2H⁺，加入的Na₂CO₃粉末與H⁺反應(yīng)，c（H⁺）減小，TiO²⁺水解平衡正向移動(dòng)．

Answer 1

分析 鈦礦工業(yè)中的酸性廢水富含Ti、Fe等元素，含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等離子，加入鐵粉還原鐵離子得到亞鐵離子，通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過(guò)濾洗滌、干燥得到硫酸亞鐵晶體，配制成溶液調(diào)節(jié)溶液PH5-5.8范圍內(nèi)，加入足量碳酸氫銨，過(guò)濾得到碳酸亞鐵沉淀，在坩堝中灼燒得到氧化鐵，過(guò)濾后得到富含的TiO²⁺溶液，加入Na₂CO₃粉末與H⁺反應(yīng)，降低了溶液中c（H⁺），使平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•n H₂O+2H⁺向生成TiO₂•n H₂O的方向移動(dòng)，可得到TiO₂粗產(chǎn)品．
（1）步驟I中檢驗(yàn)鈦礦廢水中加入鐵屑是否足量的試劑是檢驗(yàn)是否含鐵離子；
（2）溶液中得到溶質(zhì)固體的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過(guò)濾洗滌、干燥；
（3）步驟Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)是硫酸亞鐵和碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應(yīng)溫度一般需控制在35℃以下，是為了避免溫度過(guò)高碳酸氫銨分解，減少鐵離子的水解程度；
（4）根據(jù)溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²與K_sp[Fe（OH）₂]比較，可判斷有無(wú)Fe（OH）₂沉淀，保證二價(jià)鐵被氧化為三價(jià)需要多通入空氣或氧氣；
（5）富含的TiO²⁺溶液，加入Na₂CO₃粉末與H⁺反應(yīng)，降低了溶液中c（H⁺），使平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•n H₂O+2H⁺向生成TiO₂•n H₂O的方向移動(dòng)．

解答 解：（1）步驟I中檢驗(yàn)鈦礦廢水中加入鐵屑是否足量的試劑是檢驗(yàn)是否含鐵離子，可以選擇加入KSCN溶液，溶液變紅色證明鐵加入不足，如溶液不變紅色證明鐵粉加入足量，
故答案為：KSCN溶液；
（2）操作a是溶液中得到溶質(zhì)固體，方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌、干燥，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（3）步驟Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)是硫酸亞鐵和碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸亞鐵沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+H₂O+CO₂↑，反應(yīng)溫度一般需控制在35℃以下，是為了避免溫度過(guò)高碳酸氫銨分解，減少鐵離子的水解程度，
故答案為：FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+H₂O+CO₂↑；避免溫度過(guò)高碳酸氫銨分解，減少鐵離子的水解程度；
（4）室溫下測(cè)得溶液的pH為8.5，c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-8.5}}$=1×10^-5.5，由題中數(shù)據(jù)可知，溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜K_sp[Fe（OH）₂]=8×10^-16，故無(wú)Fe（OH）₂沉淀生成；步驟Ⅳ中，為了得到較為純凈的Fe₂O₃，除了適當(dāng)?shù)臏囟韧�，還需要采取的措施是向反應(yīng)容器中補(bǔ)充適量空氣（氧氣），
故答案為：沒(méi)有；向反應(yīng)容器中補(bǔ)充適量空氣（氧氣）；
（5）富含的TiO²⁺溶液，加入Na₂CO₃粉末與H⁺反應(yīng)，降低了溶液中c（H⁺），使平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•n H₂O+2H⁺向生成TiO₂•n H₂O的方向移動(dòng)，可得到TiO₂粗產(chǎn)品，
故答案為：溶液中存在水解平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂•n H₂O+2H⁺，加入的Na₂CO₃粉末與H⁺反應(yīng)，c（H⁺）減小，TiO²⁺水解平衡正向移動(dòng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備及混合物分離提純，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�注意把握�?shí)驗(yàn)的原理和目的為解答該類(lèi)題目的關(guān)鍵，注意物質(zhì)的性質(zhì)及題給信息的應(yīng)用，題目難度中等．