Question

(15分)．鈦白粉（主要成分是TiO₂），廣泛用于油漆、塑料、造紙等行業(yè)，還可用作乙醇脫水、脫氫的催化劑。工業(yè)上常以鈦礦石（主要成分為FeTiO₃(鈦酸亞鐵)，并含F(xiàn)eO、A1₂O₃、 SiO₂等雜質(zhì)）為主要原料經(jīng)過以下流程制得TiO₂，并獲得副產(chǎn)品FeSO₄·7H₂O.

請回答下列問題：
(l)步驟I的目的是　　　　　　　　　　　　
（2）寫出步驟Ⅱ中FeTiO₃與H₂SO₄反應(yīng)的化學(xué)方程式　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）步驟II中經(jīng)過　　　　　　、　　　　　 、過濾、洗滌等操作可以得到FeSO₄·7H₂O.晶體，還可以利用酸化的FeSO₄溶液與軟錳礦（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　　　　　　　　　　　　　　　　
（4）請結(jié)合化學(xué)用語用化學(xué)平衡理論解釋步驟III中將TiOSO₄轉(zhuǎn)化為H₂TiO₃的原理：　　　　　　　　
（5）為測定步驟II后溶液中TiOSO₄的含量，首先取待測鈦液10 mL加水稀釋至100 mL，再加過量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應(yīng)：3TiO^2＋+Al+6H^＋=3Ti^3＋+Al^3＋+3H₂O。過濾后，取出濾液20.00 mL，以KSCN溶液為指示劑，用0.1000 mol·L^－1 NH₄Fe(SO₄)₂溶液滴定至終點，再重復(fù)2次，測得平均值為30.00mL。
①該滴定達(dá)到終點時的現(xiàn)象　　　　　　　　　　
②待測鈦液中TiOSO₄的物質(zhì)的量濃度是　　　　　　　　　　　　　　　　。

Answer 1

（1）除去Al₂O₃和SiO₂  （2）FeTiO₃＋2H₂SO₄＝TiOSO₄＋FeSO₄＋2H₂O 
（3） 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶   MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ ="=" Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O
（4）溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂OH₂TiO₃+2H⁺，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H₂TiO₃。
（5）當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏蜰H₄Fe(SO₄)₂溶液時，溶液變?yōu)檠�紅色且半分鐘內(nèi)不褪色，則說明達(dá)到終點，1.50mol/L

試題分析：(l)在鈦礦石中含有的Al₂O₃和SiO₂能夠與NaOH發(fā)生反應(yīng)變?yōu)槿菀兹苡谒�的物質(zhì)。因此步驟I的目的是除去Al₂O₃和SiO₂。（2）步驟Ⅱ中FeTiO₃與H₂SO₄反應(yīng)的化學(xué)方程式是FeTiO₃＋2H₂SO₄＝TiOSO₄＋FeSO₄＋2H₂O；（3）由于FeSO₄的溶解度受溫度的影響變化較大，所以從溶液中獲得晶體的操作步驟II中經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等操作可以得到FeSO₄·7H₂O.晶體。Fe2+有還原性，MnO2有氧化性，在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)。該反應(yīng)的兩種方程式是MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ =Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O；（4） 在溶液中存在水解平衡：TiO²⁺+2H₂OH₂TiO₃+2H⁺，水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。當(dāng)加入熱水升高溫度后，促進(jìn)鹽的水解，水解平衡正向移動，會生成更多的H₂TiO₃，從而促使物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。（5）①在原來的溶液中含有Fe³⁺,以以KSCN溶液為指示劑，此時溶液是紅色，其中存在平衡：Fe³⁺+3SCN^- Fe(SCN)₃.隨著鋁粉的不斷加入，c(Fe³⁺)不斷降低，平衡逆向移動，紅色逐漸變淺，當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏蜰H₄Fe(SO₄)₂溶液時，溶液變?yōu)檠�紅色且半分鐘內(nèi)不褪色，則說明達(dá)到終點；②根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等可得關(guān)系式：3TiO^2＋～Al～3Fe³⁺.n(Fe³⁺)="0.1mol/L×0.03L×5=0.015mol." n(TiO^2＋)=" 0.015mol," 所以待測鈦液中TiOSO₄的物質(zhì)的量濃度是c(TiO^2＋)= 0.015mol÷0.01L=1.50mol/L.