Question

(15分)．鈦白粉（主要成分是TiO2），廣泛用于油漆、塑料、造紙等行業(yè)，還可用作乙醇脫水、脫氫的催化劑。工業(yè)上常以鈦礦石（主要成分為FeTiO3(鈦酸亞鐵)，并含F(xiàn)eO、A12O3、 SiO2等雜質(zhì)）為主要原料經(jīng)過以下流程制得TiO2，并獲得副產(chǎn)品FeSO4·7H2O.

請回答下列問題：

(l)步驟I的目的是　　　　　　　　　　　　

（2）寫出步驟Ⅱ中FeTiO3與H2SO4反應的化學方程式　　　　　　　　　　　　　　　　。

（3）步驟II中經(jīng)過　　　　　　、　　　　　 、過濾、洗滌等操作可以得到FeSO4·7H2O.晶體，還可以利用酸化的FeSO4溶液與軟錳礦（主要成分為MnO2）反應生產(chǎn)硫酸錳（MnSO4，易溶于水）．該反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　

（4）請結合化學用語用化學平衡理論解釋步驟III中將TiOSO4轉化為H2TiO3的原理：　　　　　　　　

（5）為測定步驟II后溶液中TiOSO4的含量，首先取待測鈦液10 mL加水稀釋至100 mL，再加過量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應：3TiO2＋+Al+6H＋=3Ti3＋+Al3＋+3H2O。過濾后，取出濾液20.00 mL，以KSCN溶液為指示劑，用0.1000 mol·L－1 NH4Fe(SO4)2溶液滴定至終點，再重復2次，測得平均值為30.00mL。

①該滴定達到終點時的現(xiàn)象　　　　　　　　　　

②待測鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量濃度是　　　　　　　　　　　　　　　　。

 

Answer 1

（1）除去Al2O3和SiO2 （2）FeTiO3＋2H2SO4＝TiOSO4＋FeSO4＋2H2O

（3） 蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶 MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ == Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O

（4）溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3。

（5）當?shù)稳胱詈笠坏蜰H4Fe(SO4)2溶液時，溶液變?yōu)檠�紅色且半分鐘內(nèi)不褪色，則說明達到終點，1.50mol/L

【解析】

試題分析：(l)在鈦礦石中含有的Al2O3和SiO2能夠與NaOH發(fā)生反應變?yōu)槿菀兹苡谒�的物質(zhì)。因此步驟I的目的是除去Al2O3和SiO2。（2）步驟Ⅱ中FeTiO3與H2SO4反應的化學方程式是FeTiO3＋2H2SO4＝TiOSO4＋FeSO4＋2H2O；（3）由于FeSO4的溶解度受溫度的影響變化較大，所以從溶液中獲得晶體的操作步驟II中經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作可以得到FeSO4·7H2O.晶體。Fe2+有還原性，MnO2有氧化性，在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應。該反應的兩種方程式是MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ =Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O；（4） 在溶液中存在水解平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，水解反應是吸熱反應。當加入熱水升高溫度后，促進鹽的水解，水解平衡正向移動，會生成更多的H2TiO3，從而促使物質(zhì)的轉化。（5）①在原來的溶液中含有Fe3+,以以KSCN溶液為指示劑，此時溶液是紅色，其中存在平衡：Fe3++3SCN- Fe(SCN)3.隨著鋁粉的不斷加入，c(Fe3+)不斷降低，平衡逆向移動，紅色逐漸變淺，當?shù)稳胱詈笠坏蜰H4Fe(SO4)2溶液時，溶液變?yōu)檠�紅色且半分鐘內(nèi)不褪色，則說明達到終點；②根據(jù)電子轉移數(shù)目相等可得關系式：3TiO2＋～Al～3Fe3+.n(Fe3+)=0.1mol/L×0.03L×5=0.015mol. n(TiO2＋)= 0.015mol, 所以待測鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量濃度是c(TiO2＋)= 0.015mol÷0.01L=1.50mol/L.

考點：考查實驗操作的目的、混合物的分離、鹽的水解、滴定終點的判斷及物質(zhì)的濃度的計算的知識。