Question

工業(yè)制鈦白粉產(chǎn)生的廢液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂(SO₄)₃、TiOSO₄，可利用酸解法生產(chǎn)補(bǔ)血劑乳酸亞鐵。其生產(chǎn)流程如下：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中電離為TiO²⁺和SO₄^2-。請回答下列問題：
（1）寫出TiOSO₄水解生成鈦酸H₄TiO₄的離子方程式                          。步驟①中加入足量鐵屑的目的是              。
（2）工業(yè)上由H₄TiO₄可制得鈦白粉TiO₂。TiO₂直接電解還原法（劍橋法）生產(chǎn)鈦 是一種較先進(jìn)的方法，電解質(zhì)為熔融的CaCl₂，原理如圖所示，陰極的電極反應(yīng)為_______________。

（3）步驟②的離子方程式是                            ，所得副產(chǎn)品主要 是__________（填化學(xué)式）。
（4）步驟④的結(jié)晶過程中必須控制一定的真空度，原因是                     。
（5）乳酸可由乙烯經(jīng)下列步驟合成：

上述合成路線的總產(chǎn)率為60%，乳酸與碳酸亞鐵反應(yīng)轉(zhuǎn)化為乳酸亞鐵晶體的產(chǎn)率為90%，則生產(chǎn)468 kg乳酸亞鐵晶體（M＝234 g/mol）需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下的乙烯        m³。

Answer 1

（1）TiO²⁺＋3H₂OH₄TiO₄＋2H⁺；將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，消耗溶液中的H⁺促進(jìn)TiO²⁺水解（2）TiO₂＋4e^－==Ti＋2O^2-（3）Fe²⁺＋2HCO₃^-==FeCO₃↓＋CO₂↑＋H₂O；(NH₄)₂SO₄（4）防止Fe²⁺被空氣中的氧氣氧化（5）165.9

試題分析：（1）根據(jù)水解原理：鹽+水=酸+堿，則TiOSO₄水解生成鈦酸H₄TiO₄的離子方程式TiO²⁺＋3H₂OH₄TiO₄＋2H⁺；將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，消耗溶液中的H⁺促進(jìn)TiO²⁺水解（2）電解時，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，故陰極電極反應(yīng)：TiO₂＋4e^－==Ti＋2O^2-（3）NH₄HCO₃在溶液中電離出HCO₃^-離子，易電離生成碳酸根，碳酸根和亞鐵離子反應(yīng)生成FeCO₃促進(jìn)HCO₃^-電離，故離子方程式Fe²⁺＋2HCO₃^-==FeCO₃↓＋CO₂↑＋H₂O；所得的副產(chǎn)物為溶液中沒有參加反應(yīng)的銨根離子和硫酸根離子形成的(NH₄)₂SO₄；（4）亞鐵離子易被氧氣氧化，所以步驟⑥必須控制一定的真空度，這樣有利于蒸發(fā)水還能防止Fe²⁺被氧化；（5）由題意知，乳酸生成乳酸亞鐵的摩爾比為2：1，設(shè)需要乙烯x m³，則反應(yīng)生成468kg乳酸亞鐵晶體所需乙烯為×0.6×0.9×2=，x="165.9" m³。