Question

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T(mén)i（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

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：流程分析：第①步加酸溶解生成TiO²⁺和Fe²⁺，第②步加鐵粉還原Fe³⁺，過(guò)濾除去濾渣，第③步冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到FeSO₄?7H₂O和含有TiO²⁺的溶液；第④步調(diào)節(jié)PH，使TiO²⁺水解生成Ti（OH）₄，過(guò)濾得到Ti（OH）₄；第⑤步Ti（OH）₄受熱分解生成化生成TiO₂．
（1）FeTiO₃與H₂SO₄反應(yīng)生成FeSO₄、TiOSO₄和H₂O；
（2）步驟③中，利用綠礬與TiOSO₄的溶解性的差異實(shí)現(xiàn)混合物的分離；
（3）步驟②、③、④中均為分離固液混合物的操作；灼燒固體在坩堝中進(jìn)行；
（4）升高溫度促進(jìn)水解平衡正移；
（5）生產(chǎn)過(guò)程中的廢液含有Fe²⁺，與MnO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（6）依據(jù)滴定實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)發(fā)生的反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)鐵元素守恒，結(jié)合滴定過(guò)程的反應(yīng)離子方程式計(jì)算得到．

解答： 解：流程分析：第①步加酸溶解生成TiO²⁺和Fe²⁺，第②步加鐵粉還原Fe³⁺，過(guò)濾除去濾渣，第③步冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到FeSO₄?7H₂O和含有TiO²⁺的溶液；第④步調(diào)節(jié)PH，使TiO²⁺水解生成Ti（OH）₄，過(guò)濾得到Ti（OH）₄；第⑤步Ti（OH）₄受熱分解生成化生成TiO₂．
（1）FeTiO₃與H₂SO₄反應(yīng)生成FeSO₄、TiOSO₄和H₂O，則其化學(xué)反應(yīng)方程式為：FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；亞鐵離子易被氧化，則加入鐵粉的主要目的是將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺并防止Fe²⁺被氧化；
故答案為：FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺并防止Fe²⁺被氧化；
（2）步驟③中，利用綠礬與TiOSO₄的溶解性的差異實(shí)現(xiàn)混合物的分離，把混合物的溶液冷卻結(jié)晶得到綠礬固體，故答案為：b；
（3）步驟②、③、④中均為分離固液混合物的操作，則操作為過(guò)濾；灼燒固體一般在坩堝中進(jìn)行，故答案為：過(guò)濾；坩堝；
（4）TiO²⁺在一定條件下會(huì)發(fā)生水解生成Ti（OH）₄和氫離子，溶液中存在平衡：TiO²⁺+3H₂O Ti（OH）₄+2H⁺，升高溫度促進(jìn)水解平衡正移，生成Ti（OH）₄；
故答案為：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；
（5）生產(chǎn)過(guò)程中的廢液含有Fe²⁺，與MnO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸錳，其反應(yīng)的離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（6）5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
      5         1
   n（Fe²⁺）   0.01mol/L×0.019L
計(jì)算得到：n（Fe²⁺）=0.00095mol；
則250mL溶液中含F(xiàn)e²⁺為0.00095mol×

250

25

=0.0095mol；
FeSO₄?7H₂O物質(zhì)的量為0.0095mol，其質(zhì)量為0.0095mol×278g/mol=2.641g
綠礬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

2.641g

2.85g

=0.93，
故答案為：0.93．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)制備流程分析判斷，實(shí)驗(yàn)基本操作，離子方程式的書(shū)寫(xiě)，數(shù)據(jù)計(jì)算等，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．