例題：(2010·四川高考29)四川攀枝花蘊(yùn)藏豐富的釩、鈦、鐵資源。用鈦鐵礦渣(主要成分為TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合價(jià)為+4)作原料，生產(chǎn)白色顏料二氧化鈦的主要步驟如下：

請(qǐng)回答下列問題：

⑴硫酸與二氧化鈦反應(yīng)的化學(xué)方程式是_________________________。

⑵向?yàn)V液Ⅰ中加入鐵粉，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：______、_______ _。

⑶在實(shí)際生產(chǎn)過程中，向沸水中加入濾液Ⅲ，使混合液pH達(dá)0.5，鈦鹽開始水解。水解過程中不斷通入高溫水蒸氣，維持溶液沸騰一段時(shí)間，鈦鹽充分水解析出水合二氧化鈦沉淀。請(qǐng)用所學(xué)化學(xué)平衡原理分析通入高溫水蒸氣的作用：_____________________________。

過濾分離出水合二氧化鈦沉淀后，將濾液返回的主要目的是充分利用濾液中的鈦鹽、______、_________、________ (填化學(xué)式)，減少?gòu)U物排放。

⑷A可用于生產(chǎn)紅色顏料(Fe2O3)，其方法是：將 556a kgA(摩爾質(zhì)量為278 g·mol-1)溶于水中，加入適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應(yīng)，鼓入足量空氣攪拌，產(chǎn)生紅褐色膠體；再向紅褐色膠體中加入3336b kg A和112c kg鐵粉，鼓入足量空氣攪拌，反應(yīng)完成后，有大量Fe2O3附著在膠體粒子上以沉淀形式析出；過濾后，沉淀經(jīng)高溫灼燒得紅色顏料。若所得濾液中溶質(zhì)只有硫酸鈉和硫酸鐵，則理論上可生產(chǎn)紅色顏料_______________________kg。

解析：⑴用濃硫酸處理鈦鐵礦渣的目的是讓鈦鐵礦渣轉(zhuǎn)化為溶液，硫酸與金屬氧化物TiO2等可發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成鹽和水，由于Ti元素為+4價(jià)，可寫出硫酸鈦鹽的化學(xué)式，故化學(xué)方程式為：TiO2+2H2SO4===Ti(SO4)2+2H2O或TiO2+H2SO4===TiOSO4+H2O。

⑵依題意，由于鈦鐵礦渣中的Fe2O3被濃硫酸溶解，故濾液Ⅰ中一定含有H+和Fe3+離子等，加入鐵粉反應(yīng)后，鐵粉有剩余，必然發(fā)生離子反應(yīng)：Fe+2Fe3+==3Fe2+ ，F(xiàn)e+2H+=== Fe2++H2↑。注意鐵粉與濾液中的H+反應(yīng)不可漏答。

⑶影響鈦鹽水解的因素有濃度、溫度等，由Ti(SO4)2水解呈酸性，知沸水、高溫水蒸氣、維持溶液沸騰等均為升溫，沸水、高溫水蒸氣即加水且降低H+濃度，故高溫水蒸氣使水解平衡移動(dòng)的作用是：加水、加熱、降低H+濃度均可促進(jìn)鈦鹽水解。根據(jù)該工藝流程知：濾液Ⅲ的主要成分為大量的鈦鹽、溶解的硫酸亞鐵、少量的硫酸(混合液pH達(dá)0.5)等，鈦鹽水解后過濾去水合二氧化鈦，得到的濾液中含有未水解的鈦鹽及FeSO4、H2SO4、H2O等。

⑷依題意A與適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應(yīng)，F(xiàn)eSO4+2NaOH===Na2SO4+Fe(OH)2↓，根據(jù)開始加入A為2a×103mol，可知加入氫氧化鈉為4a×103mol；后來又加入12b×103mol的A和2c×103mol的鐵，由Na2SO4 、FeSO4、Fe2(SO4)3、Fe2O3等化學(xué)式的定量組成和守恒思想分別可求得以下各量：利用Na+離子守恒，n(NaOH)= 2n(Na2SO4)，可知Na2SO4物質(zhì)的量為2a×103mol；利用SO42-離子守恒，n(FeSO4)= n(Na2SO4)+ 3n[Fe2(SO4)3]，可知Fe2(SO4)3物質(zhì)的量為(2a+12b-2a)×103mol×1/3 = 4b×103mol；利用Fe元素守恒，n(FeSO4)+n(Fe)= n[Fe2(SO4)3] +2n(Fe2O3)，可知n(Fe2O3)= (2a+12b+2c-4b×2)×103mol×1/2=(a+2b+c)×103mol，計(jì)算得m(Fe2O3)=(160a+320b+160c)kg。

答案：⑴TiO2+2H2SO4===Ti(SO4)2+2H2O或TiO2+H2SO4===TiOSO4+H2O

⑵Fe+2Fe3+===3Fe2+ Fe+2H+ ===Fe2++H2↑ ⑶加水促進(jìn)鈦鹽水解，加熱促進(jìn)鈦鹽水解，降低H+濃度促進(jìn)鈦鹽水解 FeSO4、H2SO4、H2O ⑷160a+320b+160c。

反思：解答化工工藝流程題要全面分析理解流程中各個(gè)步驟各有何作用(即各工藝流程的目的是什么)、依次涉及何種反應(yīng)原理、原料、產(chǎn)品、雜質(zhì)、副產(chǎn)品等成分是什么、這些物質(zhì)間如何進(jìn)行轉(zhuǎn)化等，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各設(shè)問，步步深入，進(jìn)行快速解答。該題第(4)問屬于定量計(jì)算題，由于涉及反應(yīng)的物質(zhì)較多，反應(yīng)原理不太清晰，解題思路不易建立，要自覺應(yīng)用微粒意識(shí)、定量意識(shí)、守恒意識(shí)等，從化學(xué)方程式和化學(xué)式中尋找各種定量關(guān)系建立解題關(guān)系，開辟解題途徑，有依據(jù)的扎實(shí)求解。

 

 

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