Question

钛矿工业中会排放出酸性废水。含石TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺离子，其综合利用如下：

已知：TiO²⁺易水解,只能存在于强酸性溶液中。

（1）写出步骤Ⅰ发生反应的离子方程式___________。

（2）步骤Ⅰ后所得溶液中Fe²⁺的检验方法是___________。

（3）从溶液中得到FeSO₄·7H₂O的操作是___________、___________、过滤、洗涤。步骤Ⅲ中反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是___________。

（4）步骤Ⅳ发生反应的化学方程式为___________。

（5）步骤Ⅲ中,FeCO₃达到溶解平衡时，若室温下测得溶液的pH为8.5，c(Fe²⁺)=1×10^-6mol·L^-1。试判断所得的FeCO₃中___________(填“有”或“没有”）（己知Fe(OH)₂（已知Fe(OH)₂的K_sp为8×10^-16）

（6）向“富TiO²⁺溶液”中加入Na₂CO₃粉末得到固体TiO₂·nH₂O。请用化学原理解释其原因。___________

Answer

2Fe3+＋Fe＝3Fe2+ 取少量溶液于试管中，滴入几滴KSCN溶液，振荡，溶液不变色；再加入几滴氯水，溶液变红色（或取少量溶液于试管中，滴入几滴铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀） 蒸发浓缩 冷却结晶 防止NH4HCO3受热分解 4FeCO3＋O2 2Fe2O3＋4CO2 没有 因为存在TiO2+＋(n+1) H2OTiO2·nH2O＋2H+，当加入Na2CO3后，CO结合H+，c(H+)减小，TiO2+水解平衡正向移动（3分）

【解析】钛矿工业中的酸性废水富含Ti、Fe等元素，含有TiO2+、Fe2+、Fe3+等离子，加入铁粉还原铁离子得到亚铁离子，通过蒸发浓缩、冷却结晶过滤洗涤、干燥得到硫酸亚铁晶体，配制成溶液调节溶液pH5～5.8范围内，加入足量碳酸氢铵，过滤得到碳酸亚铁沉淀，在坩埚中灼烧得到氧化铁，过滤后得到富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，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的方向移动，可得到TiO2粗产品，则

（1）根据以上分析可知步骤Ⅰ发生反应的离子方程式为2Fe3+＋Fe＝3Fe2+；（2）检验亚铁离子的实验操作是：取少量溶液于试管中，滴入几滴KSCN溶液，振荡，溶液不变色；再加入几滴氯水，溶液变红色（或取少量溶液于试管中，滴入几滴铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀）；（3）从溶液中得到FeSO4·7H2O的操作属于得到溶质固体，方法是蒸发浓缩、冷却结晶过滤；由于防止NH4HCO3受热分解，因此步骤Ⅲ中反应温度一般需控制在35℃以下；（4）步骤Ⅳ发生的反应是碳酸亚铁受热分解，反应的方程式为4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2；（5）室温下测得溶液的pH为8.5，c（OH-）=10−14 /10−8.5=1×10-5.5，由题中数据可知，溶液中c（Fe2+）•c2（OH-）=1×10-6×（1×10-5.5）2=1×10-17＜Ksp[Fe（OH）2]=8×10-16，故无Fe（OH）2沉淀生成；（6）富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，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的方向移动，可得到TiO2粗产品。

点睛：本题考查化学实验基本操作方法的综合应用，题目浓度较大，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，注意把握实验的原理和目的为解答该类题目的关键，注意物质的性质，结合题给信息解答。工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上，分析时要从成本角度(原料是否廉价易得)、环保角度(是否符合绿色化学的要求)、现实角度等方面考虑；解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。而且还要看清问题，不能答非所问。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：本题改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→所以有什么变化→结论。