Question

【題目】工業(yè)上，以鈦鐵礦（主要含FeTiO3，還含有Fe2O3 和Al2O3、SiO2等雜質(zhì)）為原料制備二氧化鈦并得到副產(chǎn)品綠礬(FeSO4·7H2O)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。

回答下列問(wèn)題：

（1）要提高酸浸時(shí)鈦礦石的溶解速率，可行的措施是（寫(xiě)一條即可）_______________。黑鈦液中生成的主要陽(yáng)離子有TiO2+和Fe2+，步驟①主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是_________。

（2）步驟②中，加入鐵粉的主要作用是_____，同時(shí)也會(huì)將部分TiO2+還原為Ti3+。

（3）向?yàn)V液2中通入空氣的目的是______（用離子方程式表示）。

（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中加入熱水稀釋將TiO2+轉(zhuǎn)化為Ti(OH)4 的原因:_________________。

（5）副產(chǎn)品綠礬中含有雜質(zhì)[Al2(SO4)3]。要將副產(chǎn)品進(jìn)一步提純，請(qǐng)結(jié)合右圖的綠礬溶解度曲線完成提純過(guò)程：將副產(chǎn)品溶于稀硫酸中，充分?jǐn)嚢韬螅��?/span>NaOH溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH約為5，過(guò)濾沉淀后得到FeSO4溶液，______，過(guò)濾，用冰水洗滌，低溫干燥，得到FeSO4·7H20晶體。

（6）用氧化還原滴定法測(cè)定制備得到的產(chǎn)品中TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：在一定條件下，將一定量的產(chǎn)品溶解并將TiO2還原為Ti3＋，再以KSCN溶液作為指示劑，用硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2]標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Ti3＋至全部生成Ti4＋。

①滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是_______________。

②滴定分析時(shí)，稱(chēng)取TiO2試樣0.2 g，消耗0.1 mol/L NH4Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液24.00mL，則TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_______________。

Answer 1

【答案】粉碎礦石或加熱反應(yīng)物或及時(shí)攪拌等 FeTiO3＋2H2SO4FeSO4＋TiOSO4＋2H2O 將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+并防止Fe2＋被氧化 4Ti3++ O2 + 2H2O4TiO2+ + 4H+ TiO2+在溶液中水解：TiO2+ + 3H2O Ti(OH)4 + 2H+ △H＞0，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成Ti(OH)4 加熱濃縮得到60℃的飽和溶液，再冷卻至室溫（或0℃）結(jié)晶 滴入最后滴標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí), 錐形瓶?jī)?nèi)溶液變成紅色, 且半分鐘不褪色 96%

【解析】

（1）要提高酸浸時(shí)鈦礦石的溶解速率，可增大接觸面積、加熱或加快攪拌；黑鈦液中生成的主要陽(yáng)離子有TiO2+和Fe2+，他們的存在形式是TiOSO4和FeSO4，反應(yīng)的化學(xué)方程式是：FeTiO3＋2H2SO4FeSO4＋TiOSO4＋2H2O；

（2）由（1）可知黑鈦液中生成的主要陽(yáng)離子有TiO2+和Fe2+，加入鐵粉的目的除了可將部分TiO2+還原為Ti3+之外，還可將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+并防止Fe2＋被氧化；

（3）向?yàn)V液2中通入空氣，可將三價(jià)的鈦離子氧化成TiO2+，用離子方程式表示為：4Ti3++ O2 + 2H2O=4TiO2+ + 4H+

（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++3H2OTi(OH)4+2H+，△H＞0，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成Ti(OH)4；

（5）根據(jù)金屬離子沉淀的pH值，通過(guò)滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至5.0把Al3+除去，過(guò)濾，即得到FeSO4溶液，加熱濃縮得到60℃飽和溶液，然后放在冰水中冷卻至室溫，冷卻結(jié)晶，后過(guò)濾，洗滌，低溫干燥，得到FeSO4·7H20晶體；

（6）①TiO2中Ti的化合價(jià)由＋4價(jià)→＋3價(jià)，化合價(jià)降低，把Fe2＋氧化成Fe3＋，F(xiàn)e3＋與KSCN溶液，溶液變紅，即滴定到終點(diǎn)的現(xiàn)象是：滴入最后一滴標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí), 錐形瓶?jī)?nèi)溶液變成紅色, 且半分鐘不褪色；③依據(jù)得失電子數(shù)目守恒，有：n(Fe2＋)×1=n(TiO2)×1，即n(TiO2)=n(Fe2＋)=24×10－3×0.1mol=2.4×10－3mol，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.4×10－3×80/0.2×100%=96%；