Question

（14分）金屬鈦素有“太空金屬”、“未來金屬”等美譽。工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦并得到副產品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；其中一部分鐵元素在鈦鐵礦處理過程中會轉化為+3價。

（1）黑鈦液中生成的主要陽離子有TiO2+和Fe2+，寫出步驟①化學反應方程式：_________；

步驟②中，加入鐵粉的主要目的是　　　　　　　。

（2）步驟③中，實現混合物的分離是利用物質的　　　 （填字母序號）。

　　a．熔沸點差異　　　　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）；在實驗室完成步驟⑤“灼 燒”所需主要儀器有 。

（4）請結合化學用語用化學平衡理論解釋步驟④中將TiO2+轉化為Ti(OH)4 的原因:

　　　　　　　　　　　　　　　　 。

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

（6）實驗室通過下面方法可測定副產品綠礬中FeSO4·7H2O的質量分數。

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

計算上述樣品中FeSO4·7H2O的質量分數為 （用小數表示，保留二位小數）。

 

Answer 1

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

將Fe3+轉化為Fe2+并防止Fe2＋被氧化 （2分）

（2）b　 （1分）　　　　　　　　　　　　　　

（3）過濾 （1分） 坩堝（酒精燈、三腳架、泥三角不填不扣分，填錯扣分，“坩堝”錯別字不給分）（2分）

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

平衡正向移動，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化學反應方程式為：FeTiO3＋2H2SO4===FeSO4＋TiOSO4＋2H2O；因為一部分鐵元素在鈦鐵礦處理過程中會轉化為+3價，所以加入鐵粉目的是將Fe3+轉化為Fe2+并防止Fe2＋被氧化；

（2）步驟③中，冷卻、結晶將物質分離，是利用了物質的溶解性的不同，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+，水解反應是吸熱反應，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成Ti(OH)4。

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

（6）根據得失電子守恒規(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的質量分數為9．5×10-3mol×278g/mol÷2.85g=0.93。

考點：考查對工業(yè)流程的分析，儀器的選擇，化學平衡的移動，化學方程式、離子方程式的書寫，氧化還原反應的計算，操作判斷