Question

5．鈦鐵礦的主要成分可表示為FeTiO₃（Ti為+4價），某鈦鐵礦中含F(xiàn)eTiO₃為76%．鈦白粉在涂料、塑料、油墨、造紙等行業(yè)具有廣泛的用途，鈦白粉的主要成分為TiO₂．利用該鈦鐵礦生產(chǎn)鈦白粉及綠礬的工藝流程如下：

（1）若鈦鐵礦與濃硫酸反應(yīng)時Ti 的轉(zhuǎn)化率為92%，操作Ⅰ～Ⅳ中Ti的轉(zhuǎn)化率均為96%，則1t該礦石可生產(chǎn)鈦白粉（TiO₂）0.31t （計算結(jié)果保留兩位小數(shù)，下同），能否計算生成的綠礬（FeSO₄•7H₂O）的質(zhì)量？在制備鈦白粉的過程中沒有給出鈦鐵礦與硫酸的反應(yīng)，在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的轉(zhuǎn)化率也是未知的，故不能計算綠礬的產(chǎn)量（能則寫出計算結(jié)果，不能則說明理由）．
（2）鈦鐵礦與硫酸的反應(yīng)可表示為FeTiO₃+H₂SO₄→TiOSO₄+X+H₂O（未配平）．其中X的化學(xué)式為FeSO₄．
（3）操作Ⅰ的名稱是過濾，操作Ⅱ包括冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．操作Ⅱ中加入鐵粉的目的是Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺ （用離子方程式表示）．
（4）寫出操作Ⅲ中TiOSO₄水解的化學(xué)方程式：TiOSO₄+2H₂O═TiO（OH）₂↓+H₂SO₄．

Answer 1

分析 鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)：FeTiO₃+H₂SO₄→TiOSO₄+FeSO₄+H₂O，然后過濾出未被酸溶解的物質(zhì)，將所得到的濾液中加入鐵粉可以得到了綠礬，將濾液控制在一定的條件，讓TiOSO₄水解：TiOSO₄+2H₂O═TiO（OH）₂↓+H₂SO₄，將過濾出的沉淀進(jìn)行煅燒，可以得到鈦白粉（TiO₂）．
（1）則根據(jù)元素守恒得：FeTiO₃～TiO₂，根據(jù)FeTiO₃的質(zhì)量1t×76%×92%×96%，來計算二氧化鈦的質(zhì)量；在制備鈦白粉的過程中沒有給出鈦鐵礦與硫酸的反應(yīng)，在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的轉(zhuǎn)化率也是未知的，故不能計算綠礬的產(chǎn)量；
（2）根據(jù)原子守恒可以得而X的化學(xué)式，存在元素的化合價改變的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)；
（3）從溶液中得到了沒有與酸反應(yīng)的顆粒狀物質(zhì)故所需的操作為過濾；從溶液中得到晶體的操作為結(jié)晶后過濾；鐵粉與可能生成的+3價的鐵反應(yīng)生成+2價的鐵；
（4）根據(jù)水解原理：TiOSO₄水解時SO₄^2-結(jié)合水電離的H⁺，TiO²⁺結(jié)合水電離的OH^-來書寫方程式．

解答 解：鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)：FeTiO₃+H₂SO₄→TiOSO₄+FeSO₄+H₂O，然后過濾出未被酸溶解的物質(zhì)，將所得到的濾液中加入鐵粉可以得到了綠礬，將濾液控制在一定的條件，讓TiOSO₄水解：TiOSO₄+2H₂O═TiO（OH）₂↓+H₂SO₄，將過濾出的沉淀進(jìn)行煅燒，可以得到鈦白粉（TiO₂）．
（1）設(shè)得到二氧化鈦的質(zhì)量是m，則根據(jù)元素守恒得：
                   FeTiO₃～TiO₂
                  152        80
           1t×76%×92%×96%  m
m=0.31t，在制備鈦白粉的過程中沒有給出鈦鐵礦與硫酸的反應(yīng)，在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的轉(zhuǎn)化率也是未知的，故不能計算綠礬的產(chǎn)量；
故答案為：0.31；在制備鈦白粉的過程中沒有給出鈦鐵礦與硫酸的反應(yīng)，在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的轉(zhuǎn)化率也是未知的，故不能計算綠礬的產(chǎn)量；
（2）在FeTiO₃中Ti為+4價故Fe為+2價，反應(yīng)后鐵元素的化合價沒有發(fā)生改變，鈦元素化合價也沒有發(fā)生改變，其他元素的化合價都沒發(fā)生改變，故此反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng)，根據(jù)原子守恒可以得而X的化學(xué)式為FeSO₄，
故答案為：FeSO₄；
（3）在操作I從溶液中得到了沒有與酸反應(yīng)的顆粒狀物質(zhì)故所需的操作為過濾；在操作II加入鐵粉后得到了綠礬，故應(yīng)是從溶液中得到晶體的操作為結(jié)晶后過濾；在操作II加入鐵粉的目的是為了防止在制備過程中鈦鐵礦+2價的鐵生成+3價的鐵使制備的綠礬中含有雜質(zhì)，故應(yīng)加入鐵粉與可能生成的+3價的鐵反應(yīng)生成+2價的鐵，
故答案為：過濾；過濾、洗滌、干燥；Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺；
（4）TiOSO₄水解時SO₄^2-結(jié)合水電離的H⁺，TiO²⁺結(jié)合水電離的OH^-，故反應(yīng)為TiOSO₄+2H₂O═TiO（OH）₂↓+H₂SO₄，
故答案為：TiOSO₄+2H₂O═TiO（OH）₂↓+H₂SO₄．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗方案的設(shè)計，題目難度中等，試題側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗?zāi)芰Φ目疾椋瑸楦呖汲Ｒ婎}型，明確制備流程及反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，注意把握實(shí)驗的基本原理和常見物質(zhì)的性質(zhì)．