Question

【題目】鈦鐵礦是鐵和鈦的氧化物礦物，成分可表示為FeTiO3(Ti為+4價)。鈦白粉(TiO2)涂料、塑料、油墨、造紙行業(yè)具有廣泛的用途，制備流程如圖：

(1)鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)時可表示為FeTiO3+H2SO4→TiOSO4+X+H2O，其中X的化學(xué)式為 ______，該反應(yīng)為______ (填“氧化還原反應(yīng)”或“非氧化還原反應(yīng)”)。

(2)某鈦鐵礦中FeTiO3的含量為76%，該鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)時Ti轉(zhuǎn)化率為92%，操作I到操作IV的過程中Ti的轉(zhuǎn)化率為96%，則1t該鈦鐵礦可生產(chǎn)鈦白粉 ______ t(所有計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)，能否計算綠礬的產(chǎn)量______？(若能則計算數(shù)值，否則說明理由)。

(3)操作I的名稱是 ______，操作II包括攪拌、結(jié)晶、______，操作II中加入鐵粉的目的是______(用離子方程式表示)。

(4)寫出操作III中TiOSO4水解的化學(xué)方程式： ______ 。

(5)該生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣SO2、SO3的處理方法是 ______ 。

Answer 1

【答案】FeSO4 非氧化還原反應(yīng) 0.35 在制備鈦白粉的過程中沒有給出鈦鐵礦與硫酸的反應(yīng)，在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的轉(zhuǎn)化率也是未知的，故不能計算綠礬的產(chǎn)量 過濾 過濾 Fe+2Fe3+=3Fe2+ TiOSO4+2H2O=TiO(OH)2↓+H2SO4 用堿液吸收

【解析】

(1)根據(jù)原子守恒可確定X的化學(xué)式，根據(jù)反應(yīng)前后元素的化合價是否發(fā)生改變判斷反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)；

(2)根據(jù)元素守恒得：FeTiO3～TiO2，利用FeTiO3在反應(yīng)過程中的利用率來計算二氧化鈦的質(zhì)量；在制備鈦白粉的過程中沒有給出鈦鐵礦與硫酸的反應(yīng)，在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的轉(zhuǎn)化率也未知，因此不能計算綠礬的產(chǎn)量；

(3)從溶液中得到了沒有與酸反應(yīng)的顆粒狀物質(zhì)故所需的操作為過濾；從溶液中得到晶體的操作為結(jié)晶后過濾；鐵粉與可能生成的+3價的鐵離子反應(yīng)生成+2價的亞鐵離子；

(4)根據(jù)水解原理：TiOSO4水解時SO42-結(jié)合水電離的H+，TiO2+結(jié)合水電離的OH-來書寫方程式；

(5)因SO2、SO3是酸性氧化物，可以和堿液之間反應(yīng)，據(jù)此解答。

鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)：FeTiO3+H2SO4=TiOSO4+FeSO4+H2O，然后過濾出未被酸溶解的物質(zhì)，向所得到的濾液中加入鐵粉可以得到了綠礬，將濾液控制在一定的條件，使TiOSO4發(fā)生水解：TiOSO4+2H2O=TiO(OH)2↓+H2SO4，將過濾出的沉淀進行煅燒，可以得到鈦白粉TiO2。

(1)根據(jù)原子守恒可知X的化學(xué)式為FeSO4，在FeTiO3中Ti為+4價，O為-2價，Fe為+2價，反應(yīng)前后所有元素的化合價都沒有發(fā)生改變，因此反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng)；

(2)假設(shè)得到TiO2的質(zhì)量是m，則根據(jù)元素守恒得關(guān)系式：FeTiO3～TiO2。則二者轉(zhuǎn)化的質(zhì)量關(guān)系為152～～80，某鈦鐵礦中FeTiO3的含量為76%，該鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)時Ti轉(zhuǎn)化率為92%，操作I到操作IV的過程中Ti的轉(zhuǎn)化率為96%，則1t該鈦鐵礦中含有FeTiO3的質(zhì)量為1t×76%×92%×96%，假設(shè)反應(yīng)產(chǎn)生的TiO2質(zhì)量為m，則=，解得m=0.35t；由于在制備鈦白粉的過程中沒有給出鈦鐵礦與硫酸的反應(yīng)，在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的轉(zhuǎn)化率也未知，因此不能計算反應(yīng)產(chǎn)生的綠礬的產(chǎn)量；

(3)在操作I從溶液中得到了沒有與酸反應(yīng)的顆粒狀物質(zhì)，則所需繼續(xù)的操作為過濾；在操作II加入鐵粉后得到了綠礬，應(yīng)是從溶液中得到晶體的操作為結(jié)晶后再過濾；在操作II加入鐵粉的目的是為了防止在制備過程中鈦鐵礦+2價的鐵生成+3價的鐵使制備的綠礬中含有雜質(zhì)，故應(yīng)加入鐵粉與生成的+3價的鐵反應(yīng)生成+2價的鐵，反應(yīng)的離子方程式為：Fe+2Fe3+=3Fe2+；

(4)TiOSO4水解時SO42-結(jié)合水電離的H+，TiO2+結(jié)合水電離的OH-，故反應(yīng)方程式為：TiOSO4+2H2O=TiO(OH)2↓+H2SO4；

(5)因SO2、SO3都是酸性氧化物，能夠與堿反應(yīng)產(chǎn)生可溶性鹽，所以應(yīng)用堿液進行吸收。