Question

8．鈦是一種性能非常優(yōu)越的金屬，它化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕，鈦及鈦合金主要用于飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等領(lǐng)域．某實(shí)驗室模擬硫酸法生產(chǎn)二氧化鈦，實(shí)驗流程如圖1：

（1）酸解過程中發(fā)生的主要反應(yīng)如下：FeTiO₃+3H₂SO₄═Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O請補(bǔ)充生成TiOSO₄的化學(xué)方程式FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
（2）若取5g鈦鐵礦（主要成分是FeTiO₃，含少量Fe₂O₃）于蒸發(fā)皿，加適量98%濃H₂SO₄（密度1.84g/mL）加熱，請選擇最接近的濃硫酸的用量B．（填序號）
A.2mL       B.6mL       C.25mL         D.100mL
（3）在酸解后的浸取過程中，為提高浸出率可采用的方法有粉碎礦石、適量處長浸取時間等．  （任答一點(diǎn)）
（4）加“還原鐵粉”的目的將溶液中的Fe³⁺還原成Fe²⁺．
（5）請根據(jù)FeSO₄溶解度曲線如圖2，補(bǔ)充由過濾I中濾液獲得副產(chǎn)品綠礬（FeSO₄•7H₂O）的具體操作：取過濾I所得的濾液加熱濃縮到60℃飽和溶液，冷卻至0℃結(jié)晶、過濾，少量冰水洗滌、低溫干燥．
（6）“水解”過程中的操作步驟：將濾液加熱至90℃，加6～7倍體積的沸水，保持沸騰60min，減壓過濾，用2mol•L^-1 H₂SO₄溶液洗滌沉淀．請思考，“將濾液加熱至90℃”作用是促進(jìn)TiOSO₄和Ti₂（SO₄）₃的水解．沉淀用2mol•L^-1 H₂SO₄溶液洗滌而不是用水洗滌的原因防止Fe²⁺水解而造成產(chǎn)物不純．

Answer 1

分析 鈦鐵礦的主要成分為FeTiO₃，在343K-353K條件下鈦鐵礦和濃硫酸混合，發(fā)生的反應(yīng)有FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，得到固體熔塊，然后用水浸取，浸取液中含有Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺能和Fe反應(yīng)生成Fe²⁺，然后過濾，得到的晶體X成分為硫酸亞鐵，TiOSO₄能發(fā)生水解反應(yīng)生成H₂TiO₃和H₂SO₄，最后高溫煅燒得到TiO₂，據(jù)此分解解題．
（1）根據(jù)：FeTiO₃+3H₂SO₄═Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O分析是復(fù)分解反應(yīng)，生成TiOSO₄的反應(yīng)也為復(fù)分解反應(yīng)；
（2）根據(jù)：FeTiO₃+3H₂SO₄═Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O反應(yīng)計算，消耗濃硫酸最多；
（3）提高浸出率可通過增大接觸面積和時間上等因素考慮；
（4）根據(jù)2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺可知，加“還原鐵粉”的目的是將溶液里的Fe³⁺還原為Fe²⁺；
（5）請根據(jù)FeSO₄溶解度曲線，從過慮I中濾液獲得副產(chǎn)品綠礬（FeSO₄•7H₂O）的具體操作為加熱濃縮到60℃飽和溶液，冷卻至0℃結(jié)晶、過濾，少量冰水洗滌、低溫干燥；
（6）水解是吸熱過程，將濾液加熱至90℃作用是促進(jìn)TiOSO₄和Ti₂（SO₄）₃的水解；沉淀用2mol/LH₂SO₄溶液洗滌而不是用水洗滌的原因防止Fe²⁺水解而造成產(chǎn)物不純．

解答 解：（1）根據(jù)：FeTiO₃+3H₂SO₄═Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O分析是復(fù)分解反應(yīng)，得出生成TiOSO₄的化學(xué)方程式為2H₂SO₄+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，
故答案為：2H₂SO₄+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O；
（2）設(shè)消耗濃硫酸xmL
FeTiO₃+3H₂SO₄═Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O
152       3×98
5g      1.84g/mL×xmL×98%
x=6.13mL．
故答案為：B
（3）提高浸出率可通過增大接觸面積和時間上等因素考慮，粉碎礦石、適量處長浸取時間等，故答案為：粉碎礦石、適量處長浸取時間；
（4）根據(jù)2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺可知，加“還原鐵粉”的目的是將溶液里的Fe³⁺還原為Fe²⁺，故答案為：將溶液中的Fe³⁺還原成Fe²⁺
（5）請根據(jù)FeSO₄溶解度曲線，從過慮I中濾液獲得副產(chǎn)品綠礬（FeSO₄•7H₂O）的具體操作為加熱濃縮到60℃飽和溶液，冷卻至0℃結(jié)晶、過濾，少量冰水洗滌、低溫干燥，故答案為：加熱濃縮到60℃飽和溶液，冷卻至0℃結(jié)晶、過濾，少量冰水洗滌、低溫干燥；
（6）水解是吸熱過程，將濾液加熱至90℃作用是促進(jìn)TiOSO₄和Ti₂（SO₄）₃的水解；沉淀用2mol/LH₂SO₄溶液洗滌而不是用水洗滌的原因防止Fe²⁺水解而造成產(chǎn)物不純，故答案為：促進(jìn)TiOSO₄和Ti₂（SO₄）₃的水解 防止Fe²⁺水解而造成產(chǎn)物不純．

點(diǎn)評 以物質(zhì)分離和提純和制備為載體考查化學(xué)工藝流程，涉及化學(xué)方程式配平、溶解度、結(jié)晶、沉淀的洗滌和溶液的配制、鹽的水解等．明確化學(xué)原理及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，本題較難．