Question

13．以鈦鐵礦（主要成分：FeTiO₃）和硫酸銨為主要原料，聯(lián)合制取金屬鈦和摩爾鹽的生產流程如圖所示：

（1）生產時需在洗液中加入某種物質A，物質A的化學式Fe．
（2）TiO²⁺ 轉化為TiO₂反應的離子方程式為TiO²⁺+H₂O=TiO₂+2H⁺，寫出反應①的化學反應方程式TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄（g）+2CO（g）
（3）為確定摩爾鹽的化學式，進行如下實驗：
現(xiàn)稱取4.704g新制摩爾鹽，溶于水配制成100.00mL溶液，再將該溶液分成兩等份．向其中一份溶液中加入足量Ba（OH）₂溶液，攪拌，再用足量稀鹽酸處理沉淀物，過濾、洗滌和干燥，得白色固體2.796g．
另一份溶液用0.0500 mol•L^-1 K₂Cr₂O₇酸性溶液滴定，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，滴定終點時消耗K₂Cr₂O₇溶液的體積為20.00mL．
①25℃時，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，若要使溶液中SO₄^2-沉淀完全（即該離子濃度≤1×10^-5mol•L^-1）．則此時需保持溶液中c（Ba²⁺）≥1.1×10^-5mol•L^-1
②確定該摩爾鹽的化學式（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（寫出計算過程）

Answer 1

分析 鈦鐵礦和濃硫酸混合時發(fā)生反應為FeTiO₃+2H₂SO₄═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，亞鐵離子不穩(wěn)定，易被氧化，為防止亞鐵離子被氧化，需要加入A物質且不能引進新的雜質，所以A是Fe；然后經過控溫冷卻結晶并過濾得到綠礬和含有TO²⁺的濾液，向濾液中調節(jié)溶液pH，利用水解得到TiO₂，二氧化鈦在高溫條件下和氯氣、C反應生成四氯化鈦，高溫條件下，四氯化鈦和鎂發(fā)生置換反應生成Ti；將綠礬溶解于硫酸銨溶液可結晶得到摩爾鹽；
（1）根據分析可判斷A物質的化學式；
（2）依據水解的定義，TiO²⁺水解結合水電離出的OH^-，生成的H₂TiO₃不穩(wěn)定分解得到TiO2，結合電荷守恒和原子守恒得到此水解反應的離子方程式；反應①為TiO₂在高溫下與過量氯氣和焦炭的作用下生成TiCl₄和CO，結合原子守恒和電子守恒可得到此反應的化學方程式；
（3）①25℃時，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，若要使溶液中SO₄^2-離子沉淀完全（即該離子濃度須小于1×10^-5 mol•L^-1），則c（Ba²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（BaS{O}_{4}）}{c（{SO}_{4}^{2-}）}$，再根據Ba原子守恒計算c[（Ba（OH）₂]；
②摩爾鹽和氫氧化鋇反應生成硫酸鋇、氨氣、氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定，被氧化生成氫氧化鐵紅褐色沉淀，然后用足量稀鹽酸溶解沉淀，最后得到的白色沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{2.796g}{233g/mol}$=0.012mol，
6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
6     1
n     0.0500mol•L^-1×0.020L
n（Fe²⁺）=0.001 mol×6=0.006mol
根據電荷守恒得n（NH₄⁺）+2n（Fe²⁺）=2n（SO₄^2-），n（NH₄⁺）=0.012mol，
n（H₂O）=$\frac{\frac{4.704}{2}g-0.012mol×96g/mol-0.012mol×18g/mol-0.006mol/L×56g/mol}{18g/mol}$=0.036mol，
根據各微粒的物質的量之比確定化學式．

解答 解：鈦鐵礦和濃硫酸混合時發(fā)生反應為FeTiO₃+2H₂SO₄═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，亞鐵離子不穩(wěn)定，易被氧化，為防止亞鐵離子被氧化，需要加入A物質且不能引進新的雜質，所以A是Fe；然后經過控溫冷卻結晶并過濾得到綠礬和含有TO²⁺的濾液，向濾液中調節(jié)溶液pH，利用水解得到TiO₂，二氧化鈦在高溫條件下和氯氣、C反應生成四氯化鈦，高溫條件下，四氯化鈦和鎂發(fā)生置換反應生成Ti；將綠礬溶解于硫酸銨溶液可結晶得到摩爾鹽；
（1）由分析可判斷A是為了防止Fe2+氧化，同時不引入雜質離子，應選擇鐵，故答案為：Fe；
（2）TiO²⁺ 轉化為TiO₂反應的離子方程式為TiO²⁺+H₂O=TiO₂+2H⁺，反應①是二氧化鈦在高溫條件下和氯氣、C反應生成四氯化鈦，此反應的化學反應方程式為TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄（g）+2CO （g），
故答案為：TiO²⁺+H₂O=TiO₂+2H⁺；TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄（g）+2CO （g）；
（3）①25℃時，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，若要使溶液中SO₄^2-離子沉淀完全（即該離子濃度須小于1×10^-5 mol•L^-1），則c（Ba²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（BaS{O}_{4}）}{c（{SO}_{4}^{2-}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{1{0}^{-5}}$mol/L=1.1×10^-5mol•L^-1，再根據Ba原子守恒得c[（Ba（OH）₂]=c（Ba²⁺）=1.1×10^-5mol•L^-1，
故答案為：1.1×10^-5；
②摩爾鹽和氫氧化鋇反應生成硫酸鋇、氨氣、氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定，被氧化生成氫氧化鐵紅褐色沉淀，然后用足量稀鹽酸溶解沉淀，最后得到的白色沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{2.796g}{233g/mol}$=0.012mol，
6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
6     1
n     0.0500mol•L^-1×0.020L
n（Fe²⁺）=0.001 mol×6=0.006mol
根據電荷守恒得n（NH₄⁺）+2n（Fe²⁺）=2n（SO₄^2-），n（NH₄⁺）=0.012mol，
n（H₂O）=$\frac{\frac{4.704}{2}g-0.012mol×96g/mol-0.012mol×18g/mol-0.006mol/L×56g/mol}{18g/mol}$=0.036mol，
n（SO₄^2-）：n（Fe²⁺）：n（NH₄⁺）：n（H₂O）=0 012 mol：0 006 mol：0 012mol：0036 mol=2：1：2：6，故莫爾鹽的化學式為：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]，
故答案為：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]．

點評 本題以物質的制備為載體，考查物質制備實驗方案設計和組成分析，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，明確各個物理量之間的關系是解本題關鍵，題目難度中等．