Question

某工厂对工业生产钛白粉产生的废液进行综合利用，废液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，可用于生产颜料铁红和补血剂乳酸亚铁．其生产工艺流程如下：

已知：①TiOSO₄可溶于水，在水中可以电离为TiO²⁺和SO₄^2-；

②TiOSO₄水解的反应为：TiOSO₄+（x+1）H₂O→TiO₂•xH₂O↓+H₂SO₄．

请回答：

（1）步骤①所得滤渣的主要成分为_____________，

（2）步骤③硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为_____________，

（3）步骤④需控制反应温度低于35℃，其目的是_____________，

（4）步骤④的离子方程式是_____________，

（5）已知：FeCO₃（S）Fe²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），试用平衡移动原理解释步骤⑤生成乳酸亚铁的原因_____________，

（6）溶液B常被用于电解生产（NH₄）₂S₂O₈（过二硫酸铵）。电解时均用惰性电极，阳极发生的电极反应可表示为_____________，

（7）Fe³⁺对H₂O₂的分解具有催化作用．利用图2（a）和（b）中的信息，按图2（c）装置（连通的A、B瓶中已充有NO₂气体）进行实验．可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的深，其原因是_____________。

Answer

（1）TiO2•xH2O、Fe；

（2）1:4；

（3）防止NH4HCO3分解（或减少Fe3+水解）

（4）Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑；

（5）FeCO3（s）Fe2+（aq）+CO32-（aq），CO32-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液；

（6）2SO42—+2e-=S2O82-

（7）H2O2分解放热，使平衡2NO2N2O4向生成NO2方向移动；

【解析】

试题分析：废液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2（SO4）3、TiOSO4，加铁屑，Fe与H2SO4和少量Fe2（SO4）3反应生成FeSO4，TiOSO4水解生成TiO2•xH2O，过滤，滤渣为TiO2•xH2O、Fe，滤液为FeSO4，FeSO4溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸亚铁晶体，脱水、煅烧得到氧化铁；FeSO4溶液中加碳酸氢铵碳酸亚铁沉淀、硫酸铵和二氧化碳，碳酸亚铁沉淀加乳酸溶解生成乳酸亚铁溶液和二氧化碳，乳酸亚铁溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到乳酸亚铁晶体。

（1）由流程分析可知，步骤①所得滤渣的主要成分为TiO2•xH2O、Fe；故答案为：TiO2•xH2O、Fe；

（2）硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫的方程式为：4FeSO4+O22Fe2O3+4SO3，氧化剂是氧气，还原剂是氧化铁，所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：4，故答案为：1：4；

（3）碳酸氢铵受热容易分解，步骤④控制反应温度低于35℃的目的是防止NH4HCO3分解，故答案为：防止NH4HCO3分解；

（4）由流程图可知，硫酸亚铁与碳酸氢铵反应是碳酸亚铁，还生成气体为二氧化碳，溶液B为硫酸铵溶液，反应离子方程式为：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑，故答案为：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑；

（5）碳酸亚铁的沉淀存在溶解平衡：FeCO3（s）Fe2+（aq）+CO32-（aq），加入乳酸，这样CO32-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液，故答案为：FeCO3（s）Fe2+（aq）+CO32-（aq），CO32-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液；

（6）电解时，阳极发生氧化反应，亚硫酸根离子失去电子生成S2O82-，电极反应为2SO42—+2e-=S2O82-，故答案为：2SO42—+2e-=S2O82-；

（7）由图a可知，1mol过氧化氢总能量高于1mol水与0.5mol氧气总能量，故过氧化氢分解是放热反应，由图b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，所以图c中，右侧烧杯的温度高于左侧，升高温度使2NO2（红棕色）N2O4（无色）△H＜0，向逆反应方向移动，即向生成NO2移动，故B瓶颜色更深，故答案为：H2O2分解放热，使平衡2NO2N2O4向生成NO2方向移动。

考点：考查了制备实验方案的设计；物质分离和提纯、化学平衡的移动的相关知识。