Question

14．鈦鐵礦的主要成分為FeTiO₃（可表示為FeO•TiO₂），含有少量MgO、SiO₂等雜質．利用鈦鐵礦制備二氧化鈦，進一步制備鈦單質，流程如圖：

已知：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O草酸（C₂H₂O₄）具有很強還原性，易被氧化成二氧化碳
（1）化合物FeTiO₃中鐵元素的化合價是+2．
（2）鈦鐵礦加入過量H₂SO₄后，得到的濾渣A為SiO₂（填化學式）．
（3）含TiO²⁺溶液乙轉化生成TiO₂的離子方程式是TiO^2-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺．
（4）由濾液丙制備LiFePO₄的過程中，所需17%雙氧水與H₂C₂O₄的質量比是20：9．
（5）用氧化還原滴定法測定TiO₂的質量分數(shù)：一定條件下，將TiO₂溶解并還原為Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示劑，用NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．滴定分析時，稱取TiO₂（摩爾質量為M g/mol）試樣w g，消耗c mol/L NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液VmL，則TiO₂質量分數(shù)為$\frac{cV×10{\;}^{-3}×M}{w}$×100%（用代數(shù)式表示）．

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

（6）TiO₂制取單質Ti，涉及到的步驟如下：TiO₂$\stackrel{①}{→}$TiCl₄$→_{Mg_{800}℃}^{②}$Ti
反應②的方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，由TiCl₄→Ti需要在Ar氣中進行的理由是高溫下Mg（Ti）會與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．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，依據(jù)表中信息，需加熱的溫度略高于1412℃即可．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化合價代數(shù)和為0判斷鐵的化合價；
（2）鐵礦石加入過量硫酸溶解，二氧化硅不溶于酸，所以過濾得到濾渣為二氧化硅；
（3）TiO²⁺在加熱條件下水解可以轉化成TiO₂；
（4）濾液丙與雙氧水反應，將亞鐵離子氧化成鐵離子，得沉淀磷酸鐵，磷酸鐵再被草酸還原成亞鐵離子，根據(jù)電子得失守恒可計算雙氧水與H₂C₂O₄的質量比；
（5）根據(jù)電子守恒和元素守恒，有關系式TiO₂～NH₄Fe（SO₄）₂，根據(jù)NH₄Fe（SO₄）₂的體積和濃度可計算得TiO₂的物質的量，根據(jù)$\frac{TiO2質量}{樣品質量}$×100%計算TiO₂質量分數(shù)；
（6）用鎂還原TiCl₄得Ti，根據(jù)元素守恒寫化學方程式，高溫下Mg（Ti）會與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用，所以不能與空氣接觸，采用真空蒸餾時，要使其它成份變成蒸氣，而Ti不能汽化，結合題中給出的各物質沸點判斷溫度．

解答 解：（1）根據(jù)化合價代數(shù)和為0規(guī)則可知，化合物FeTiO₃中鐵元素的化合價是+2價，故答案為：+2；
（2）鐵礦石加入過量硫酸溶解，二氧化硅不溶于酸，所以過濾得到濾渣為二氧化硅，故答案為：SiO₂；
（3）TiO²⁺在加熱條件下水解可以轉化成TiO₂，反應離子的方程式為TiO^2-+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺，故答案為：TiO^2-+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺；
（4）濾液丙與雙氧水反應，將亞鐵離子氧化成鐵離子，得沉淀磷酸鐵，磷酸鐵再被草酸還原成亞鐵離子，根據(jù)電子得失守恒有關系式H₂C₂O₄～2FePO₄～H₂O₂，所以17%雙氧水與H₂C₂O₄的質量比為$\frac{34}{17%}$：90=20：9，
故答案為：20：9；
（5）根據(jù)電子守恒和元素守恒，有關系式TiO₂～NH₄Fe（SO₄）₂，所以TiO₂的物質的量為cV×10^-3mol，所以TiO₂質量分數(shù)為$\frac{cV×10{\;}^{-3}×M}{w}$×100%，
故答案為：$\frac{cV×10{\;}^{-3}×M}{w}$×100%；
（6）用鎂還原TiCl₄得Ti，反應的化學方程式為TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，高溫下Mg（Ti）會與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用，所以反應需要在Ar氣中進行，采用真空蒸餾時，要使其它成份變成蒸氣，而Ti不能汽化，結合題中給出的各物質沸點可知，需加熱的溫度略高于1412℃即可，
故答案為：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；高溫下Mg（Ti）會與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用；1412．

點評 本題借助利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料流程，考查了化合價判斷、離子方程式書寫、電極方程式書寫、化學計算等知識，涉及的內容較多，綜合性較強，充分考查了學生的綜合能力，本題難度中等．