Question

14．金屬鈦（Ti）性能優(yōu)越，被稱為“親生物金屬”．工業(yè)上以鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質）為主要原料冶煉金屬鈦，其生產的工藝流程圖如圖：

已知：①2H₂SO₄（濃）+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O
②TiO²⁺易水解，只能存在于強酸性溶液中．
（1）步驟I中發(fā)生反應的離子方程式：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（2）25℃時，難溶電解質形成沉淀與pH關系如表

pH	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2	Ti（OH）2
開始沉淀	1.1	4.5	7	1
完全沉淀	2.8	6.4	9.2	2.7

TiO（OH）₂溶度積K_sp=1×10^-29
a．步驟II加入鐵屑原因是將Fe³⁺轉化為Fe²⁺，防止Fe³⁺與TiO²⁺同時生成沉淀．
b．向溶液II中加入Na₂CO₃粉末的作用是調節(jié)PH，生成TiO（OH）₂溶液．溶液Ⅱ中大量含有的陽離子有TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺．
（3）TiCl₄→Ti反應后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti．
①寫出由TiO₂制取TiCl₄的化學方程式TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
②依據如表信息，需加熱的溫度略高于1412℃即可．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

（4）為了測定綠礬（FeSO₄•7H₂O）的含量，稱取2.850g綠礬樣品配置成250mL溶液，取25.00mL用0.01mol/L酸性KMnO₄溶液進行滴定（5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．消耗KMnO₄溶液的體積為20mL計算上述樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數為97.5%．

Answer 1

分析 鈦鐵礦先用濃氫氧化鈉溶液溶解，Al₂O₃、SiO₂發(fā)生反應，過濾分離，鈦鐵礦精礦用濃硫酸溶解得到強酸溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等，加入過量鐵粉還原鐵離子，過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到綠礬，過濾得到溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺等離子，再加入碳酸鈉析出TiO（OH）₂，加熱煅燒得到TiO₂，加入氯氣、過量碳高溫反應生成TiCl₄和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應得到氯化鎂和鈦金屬．
（1）步驟I中氧化鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與水，二氧化硅與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉與水；
（2）a．由溶度積可知，步驟II加入鐵屑，將Fe³⁺轉化為Fe²⁺，防止Fe³⁺與TiO²⁺同時生成沉淀；
b．溶液Ⅱ中大量含有的陽離子有 TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺；
（3）①TiO₂與氯氣、過量碳高溫加熱反應生成TiCl₄和一氧化碳；
②TiCl₄→Ti反應后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，由物質的熔沸點，可知應加熱使Mg、MgCl₂轉化為蒸汽，而Ti不能轉化為蒸汽；
（4）根據離子方程式計算25mL溶液中FeSO₄的物質的量，再計算2.850g樣品中FeSO₄•7H₂O的質量，進而計算樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數．

解答 解：鈦鐵礦先用濃氫氧化鈉溶液溶解，Al₂O₃、SiO₂發(fā)生反應，過濾分離，鈦鐵礦精礦用濃硫酸溶解得到強酸溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等，加入過量鐵粉還原鐵離子，過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到綠礬，過濾得到溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺等離子，再加入碳酸鈉析出TiO（OH）₂，加熱煅燒得到TiO₂，加入氯氣、過量碳高溫反應生成TiCl₄和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應得到氯化鎂和鈦金屬．
（1）步驟I中氧化鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與水，二氧化硅與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉與水，反應離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（2）a．由溶度積可知，步驟II加入鐵屑原因是：將Fe³⁺轉化為Fe²⁺，防止Fe³⁺與TiO²⁺同時生成沉淀，
故答案為：將Fe³⁺轉化為Fe²⁺，防止Fe³⁺與TiO²⁺同時生成沉淀；
b．溶液Ⅱ中大量含有的陽離子有 TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺，
故答案為：TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺；
（3）①TiO₂與氯氣、過量碳高溫加熱反應生成TiCl₄和一氧化碳，反應方程式為：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案為：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
②TiCl₄→Ti反應后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，由物質的熔沸點，可知應加熱使Mg、MgCl₂轉化為蒸汽，而Ti不能轉化為蒸汽，需加熱的溫度略高于1412℃即可，
故答案為：1412；
（4）由5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可知25mL溶液中FeSO₄的物質的量為5×0.02L×0.01mol/L=0.001mol，則2.850g樣品中FeSO₄•7H₂O的質量為0.001mol×$\frac{250mL}{25mL}$×278g/mol=2.78g，故樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數為$\frac{2.78g}{2.850g}$×100%=97.5%．
故答案為：97.5%．

點評 本題考查物質準備工藝流程，涉及對操作與原理的分析評價、物質的分離提純、陌生方程式的書寫、物質含量測定、對數據的運用用等，側重考查學生的閱讀獲取信息、分析解決問題的能力，是對學生綜合能力的考查．