Question

3．某種利用生產(chǎn)鈦白廢副產(chǎn)物硫酸亞鐵溶液（含TiO²⁺離子）生產(chǎn)氧化鐵黑（Fe₃O₄）的流程如下：

已知：常溫下Ti（OH）₄的K_sp=7.94×10^-54．
回答下列問題：
（1）沉淀池產(chǎn)生的濾渣除了Ti（OH）₄外，主要成分是CaSO₄•2H₂O．產(chǎn)生Ti（OH）₄的離子方程式為TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+2H⁺（或Fe+TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+Fe²⁺+H₂↑）．
（2）在廢副硫酸亞鐵溶液沉淀池中發(fā)生反應(yīng)的類型沒有的是C（填標(biāo)號(hào)）．
A．置換反應(yīng)    B．化合反應(yīng)    C．分解反應(yīng)    D．復(fù)分解反應(yīng)
（3）氧化桶中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（4）本工藝的關(guān)鍵之一在于測定氧化桶流出的濾液中Fe³⁺和Fe²⁺的比例應(yīng)略小于2：1，約為1.9：1．其主要的原因是Fe²⁺容易被氧化，應(yīng)使其比例略高．
（5）沉淀池、氧化桶中通入的水蒸氣除了加熱升溫加快反應(yīng)外，還應(yīng)該具有的作用是攪拌反應(yīng)物，使反應(yīng)物充分反應(yīng)．
（6）流程中“濾液”的最佳處理方式是循環(huán)至沉淀池繼續(xù)使用．
（7）熱交換器的使用實(shí)現(xiàn)了能量在流程中的充分利用，降低了能耗，流程中可在熱交換器中預(yù)熱的物質(zhì)是水、FeCl₂溶液．

Answer 1

分析 廢副產(chǎn)物硫酸亞鐵溶液（含TiO²⁺離子）加鐵屑、氯化鈣、水蒸氣加熱，同時(shí)水蒸氣還可以攪拌反應(yīng)物，使反應(yīng)物充分反應(yīng)，鐵粉與廢液中的硫酸發(fā)生置換反應(yīng)，與少量的鐵離子發(fā)生化合反應(yīng)，在加熱條件下TiO²⁺水解生成Ti（OH）₄，鈣離子與硫酸根離子結(jié)合生成CaSO₄•2H₂O，都是復(fù)分解反應(yīng)，過濾，濾渣為Ti（OH）₄、CaSO₄•2H₂O，TiO₂•xH₂O，濾液主要含有FeCl₂，濾液中通入空氣同時(shí)加入石灰乳，再用水蒸氣加熱，亞鐵離子部分被空氣中氧氣氧化成鐵離子，通過壓濾機(jī)得濾渣2主要為氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的混合物，濾液中主要含有CaCl₂可循環(huán)利用，濾渣2在65℃條件下加熱可得氧化鐵黑（Fe₃O₄），據(jù)此答題．

解答 解：硫酸亞鐵溶液（含TiO²⁺離子）加鐵屑、氯化鈣、水蒸氣加熱，同時(shí)水蒸氣還可以攪拌反應(yīng)物，使反應(yīng)物充分反應(yīng)，在加熱條件下TiO²⁺水解生成Ti（OH）₄，鈣離子與硫酸根離子結(jié)合生成CaSO₄•2H₂O，過濾，濾渣為Ti（OH）₄、CaSO₄•2H₂O，TiO₂•xH₂O，濾液主要含有FeCl₂，濾液中通入空氣同時(shí)加入石灰乳，再用水蒸氣加熱，亞鐵離子部分被空氣中氧氣氧化成鐵離子，通過壓濾機(jī)得濾渣2主要為氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的混合物，濾液中主要含有CaCl₂可循環(huán)利用，濾渣2在65℃條件下加熱可得氧化鐵黑（Fe₃O₄），
（1）根據(jù)上面的分析可知，沉淀池產(chǎn)生的濾渣除了Ti（OH）₄外，主要成分是CaSO₄•2H₂O，沉淀池產(chǎn)生Ti（OH）₄的離子方程式為 TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+2H⁺（或Fe+TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+Fe²⁺+H₂↑ ），
故答案為：CaSO₄•2H₂O； TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+2H⁺（或Fe+TiO²⁺+3H₂O=Ti（OH）₄↓+Fe²⁺+H₂↑ ）；  
（2）根據(jù)上面的分析可知，沉淀池中發(fā)生的反應(yīng)有化合、置換、復(fù)分解，沒有發(fā)生分解反應(yīng)，故選C；
（3）氧化桶中發(fā)生的主要反應(yīng)是生成氫氧化亞鐵，然后空氣中氧氣將氫氧化亞鐵氧化成氫氧化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案為：Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；  
（4）由于Fe²⁺容易被氧化，所以氧化桶流出的濾液中Fe³⁺和Fe²⁺的比例略小于2：1，約為1.9：1，
故答案為：Fe²⁺容易被氧化，應(yīng)使其比例略高；  
（5）沉淀池、氧化桶中通入的水蒸氣除了加熱升溫加快反應(yīng)外，還可以攪拌反應(yīng)物，使反應(yīng)物充分反應(yīng)，
故答案為：攪拌反應(yīng)物，使反應(yīng)物充分反應(yīng)；  
（6）濾液中主要含有CaCl₂，最佳處理方式是循環(huán)至沉淀池繼續(xù)使用，
故答案為：循環(huán)至沉淀池繼續(xù)使用；  
（7）根據(jù)上面的分析可知，流程中可在熱交換器中預(yù)熱的物質(zhì)是水、FeCl₂溶液，
故答案為：水、FeCl₂溶液．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)方法，題目難度中等，明確制備原理及常見物質(zhì)的性質(zhì)為解答關(guān)鍵，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力．