Question

【題目】某廠廢酸主要含硫酸、Fe3+、Fe2+、TiO2+、Al3+ 。利用該廢液制備過二硫酸銨[( NH4) 2S2O8]和TiO2的一種工藝流程如下:

已知：i.TiOSO4在熱水中易水解生成H2TiO3,相關(guān)離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍如 下表:

金屬離子	TiO2+	Fe3+	Fe2+	Al3+
開始沉淀的pH	1.2	1.9	7.0	3.2
沉淀完全的pH	2.8	3.1	9.4	4.7

ii. pH>7 時(shí),Fe2+部分生成 Fe( Ⅱ)氨絡(luò)離Fe(NH3)2]2+o

請(qǐng)回答下列問題:

(1)加入適量Fe的作用是________________ .

(2)生成TiO(OH)2的化學(xué)方程式為_______________ 。

(3)濾渣I、濾渣II均含有的物質(zhì)的化學(xué)式為_____________ .

(4)加入H2O2的目的是除掉Fe( Ⅱ)氨絡(luò)離子[Fe(NH3)2]2+,此過程中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比理論上等于________ (填數(shù)值)。

(5)常溫下，含硫微粒主要存在形式與pH的關(guān)系如下圖所示。

用Pt電極電解飽和NH4HSO4溶液制備過二硫酸銨時(shí)，為滿足在陽極放電的離子主要為 HSO4-，應(yīng)調(diào)節(jié)陽極區(qū)溶液的pH范圍在______之間,其電極反應(yīng)式為____________ 。

(6)科研人員常用硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2]滴定法測(cè)定TiO2的純度，其步驟為： 用足量酸溶解wg 二氧化鈦樣品，用鋁粉做還原劑，過濾、洗滌，將濾液定容為100 mL,取 25.00 mL,以NH4SCN作指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)硫酸鐵銨溶液滴定至終點(diǎn)，反應(yīng)原理為: Ti3++Fe3+=Ti4++Fe2+。

①判斷滴定終點(diǎn)的方法：________________________ 。

②滴定終點(diǎn)時(shí)消耗c mol/L-1 NH4Fe(SO4)2溶液VmL,則TiO2純度為___________(寫岀相關(guān)字母表示的代數(shù)式)。

Answer 1

【答案】將Fe3+還原為Fe2+，避免Fe3+和TiO2+同時(shí)沉淀 TiOSO4+2NH3H2O = TiO(OH)2↓+ (NH4)2SO4 Fe(OH)3 1 : 2 0～2 2HSO4- -2e- = S2O82 - + 2H+ 當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏瘟蛩徼F銨溶液時(shí)，溶液變?yōu)檠�紅色且30s內(nèi)不恢復(fù)原色 32cv/w%

【解析】

廢酸中主要含硫酸、Fe3+、Fe2+、TiO2+、Al3+，根據(jù)流程圖，用氨水調(diào)節(jié)pH=3得到TiO(OH)2，而此時(shí)鐵離子也會(huì)形成沉淀，因此需要加鐵粉將鐵離子轉(zhuǎn)化為亞鐵離子；濾液中加入氨水調(diào)節(jié)pH=10，得到的沉淀有氫氧化亞鐵和氫氧化鋁(濾渣I)；濾液中含有部分Fe(II)氨絡(luò)離子[Fe(NH3)2]2+，因此加入雙氧水將亞鐵離子氧化形成氫氧化鐵沉淀(濾渣II)；再在濾液中加入硫酸酸化后電解得到過二硫酸銨[(NH4)2S2O8]。據(jù)此分析解答。

(1)根據(jù)上述分析，鐵粉主要作用是將Fe3+還原為Fe2+，避免Fe3+和TiO2+同時(shí)沉淀，故答案為：將Fe3+還原為Fe2+，避免Fe3+和TiO2+同時(shí)沉淀；

(2)根據(jù)流程圖，用氨水調(diào)節(jié)pH=3，TiO2+生成TiO(OH)2，所以化學(xué)方程式為：TiOSO4+2NH3H2O = TiO(OH)2↓+ (NH4)2SO4，答案：TiOSO4+2NH3H2O = TiO(OH)2↓+ (NH4)2SO4；

(3)濾渣I為氫氧化亞鐵和氫氧化鋁，部分氫氧化亞鐵氧化為氫氧化鐵，濾渣II為氫氧化鐵沉淀，因此濾渣I、濾渣II均含有的物質(zhì)的化學(xué)式為Fe(OH)3，故答案為：Fe(OH)3；

(4)在堿性溶液中，加入H2O2的目的是氧化除掉Fe(II)氨絡(luò)離子[Fe(NH3)2]2+得到氫氧化鐵沉淀，根據(jù)化合價(jià)升降守恒，配平后的離子方程式為2[Fe(NH3)2]2++4OH-+4H2O+H2O2=2Fe(OH)3↓+4NH3·H2O，氧化劑為H2O2，還原劑為[Fe(NH3)2]2+，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比理論上等于1：2，故答案為：1：2；

(5)根據(jù)常溫下，含硫微粒主要存在形式與 pH的關(guān)系圖，陽極放電的離子主要是HSO4-，則陽極區(qū)電解質(zhì)溶液的pH范圍應(yīng)控制在0～2，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，HSO4-放電轉(zhuǎn)化為S2O82-，則陽極的電極反應(yīng)為：2HSO4--2e-═S2O82-+2H+，故答案為：0～2；2HSO4--2e-═S2O82-+2H+；

(6)①鐵離子過量時(shí)，反應(yīng)結(jié)束，故終點(diǎn)現(xiàn)象為：當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏瘟蛩徼F銨時(shí)，溶液變成血紅色，且30s內(nèi)不變回原色；答案:當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏瘟蛩徼F銨溶液時(shí)，溶液變?yōu)檠�紅色且30s內(nèi)不恢復(fù)原色；

②由TiO2～Fe3＋關(guān)系式，n(TiO2)=n(Fe3＋)=cmol· L－1×V×10-3L×100mL/25mL=4cV×10-3mol，TiO2純度為4cV×10-3mol×80g·mol－1/w×100%=32cv/w%，故答案為：32cv/w%。