Question

（14分）金屬鈦素有“太空金屬”、“未來(lái)金屬”等美譽(yù)。工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦并得到副產(chǎn)品FeSO4·7H2O(綠礬)的工藝流程如下圖所示。

已知：TiO2+在一定條件下會(huì)發(fā)生水解；鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO3），含有少量SiO2雜質(zhì)；其中一部分鐵元素在鈦鐵礦處理過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)化為+3價(jià)。

（1）黑鈦液中生成的主要陽(yáng)離子有TiO2+和Fe2+，寫(xiě)出步驟①化學(xué)反應(yīng)方程式：_________；

步驟②中，加入鐵粉的主要目的是　　　　　　　。

（2）步驟③中，實(shí)現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的　　　 （填字母序號(hào)）。

　　a．熔沸點(diǎn)差異　　　　b．溶解性差異　　　 c．氧化性、還原性差異

（3）步驟②、③、④中，均涉及到的操作是　　　　　　 （填操作名稱）；在實(shí)驗(yàn)室完成步驟⑤“灼 燒”所需主要儀器有 。

（4）請(qǐng)結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)用化學(xué)平衡理論解釋步驟④中將TiO2+轉(zhuǎn)化為Ti(OH)4 的原因:

　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（5）可以利用生產(chǎn)過(guò)程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO2）反應(yīng)生產(chǎn)硫酸錳（MnSO4，易溶于水），該反應(yīng)的離子方程式為　　　 　　　　。

（6）實(shí)驗(yàn)室通過(guò)下面方法可測(cè)定副產(chǎn)品綠礬中FeSO4·7H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

a．稱取2.85g綠礬產(chǎn)品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b．量取25．00mL待測(cè)溶液于錐形瓶中；c．用硫酸酸化的0.01mol/LKMnO4溶液滴定至終點(diǎn)，消耗KMnO4溶液體積的平均值為19．00mL（滴定時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Fe2+＋MnO4-＋H+→Fe3+＋Mn2+＋H2O 未配平 ）。

計(jì)算上述樣品中FeSO4·7H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 （用小數(shù)表示，保留二位小數(shù)）。

 

Answer 1

（14分）（1）FeTiO3＋2H2SO4===FeSO4＋TiOSO4＋2H2O； （2分）

將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+并防止Fe2＋被氧化 （2分）

（2）b　 （1分）　　　　　　　　　　　　　　

（3）過(guò)濾 （1分） 坩堝（酒精燈、三腳架、泥三角不填不扣分，填錯(cuò)扣分，“坩堝”錯(cuò)別字不給分）（2分）

（4）溶液中存在平衡：TiO2+ + 3H2O Ti(OH)4 + 2H+，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，

平衡正向移動(dòng)，生成Ti(OH)4�！。�2分）

（5）MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O （2分）

（6） 0.93（2分）

【解析】

試題分析：（1）鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO3），酸溶后得TiO2+和Fe2+，所以步驟①化學(xué)反應(yīng)方程式為：FeTiO3＋2H2SO4===FeSO4＋TiOSO4＋2H2O；因?yàn)橐徊糠骤F元素在鈦鐵礦處理過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)化為+3價(jià)，所以加入鐵粉目的是將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+并防止Fe2＋被氧化；

（2）步驟③中，冷卻、結(jié)晶將物質(zhì)分離，是利用了物質(zhì)的溶解性的不同，所以答案選b；

（3）步驟②、③、④中都是固、液分離，所以涉及到的操作是過(guò)濾；步驟⑤“灼燒”所需主要儀器有坩堝、酒精燈、三腳架、泥三角；

（4）步驟④溶液中存在平衡：TiO2+ + 3H2O Ti(OH)4 + 2H+，水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成Ti(OH)4。

（5）廢液中含有未結(jié)晶的Fe2+，與二氧化錳發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成Fe3+、Mn2+ ，離子方程式為MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O ；

（6）根據(jù)得失電子守恒規(guī)律，n(FeSO4·7H2O)=5n(KMnO4),250mL的溶液中n(FeSO4·7H2O)=19．00×10-3L×0.01mol/L×10×5=9．5×10-3mol，所以綠礬樣品中FeSO4·7H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9．5×10-3mol×278g/mol÷2.85g=0.93。

考點(diǎn)：考查對(duì)工業(yè)流程的分析，儀器的選擇，化學(xué)平衡的移動(dòng)，化學(xué)方程式、離子方程式的書(shū)寫(xiě)，氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，操作判斷