Question

7．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、Al₂O₃、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的目的是除去Al₂O₃和SiO₂
（2）寫出步驟Ⅱ中FeTiO₃與H₂SO₄反應(yīng)的化學(xué)方程式FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
（3）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，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MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O
（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：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃+2H⁺，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H₂TiO₃
（5）為測定步驟II后溶液中TiOSO₄的含量，首先取待測鈦液10mL加水稀釋至100mL，再加過量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應(yīng)：3TiO²⁺+Al+6H⁺═3Ti³⁺+Al³⁺+3H₂O．過濾后，取出濾液20.00mL，以KSCN溶液為指示劑，用0.1000mol•L^-1 NH₄Fe（SO₄）₂溶液滴定至終點(diǎn)，再重復(fù)2次，測得平均值為30.00mL．
①該滴定達(dá)到終點(diǎn)時的現(xiàn)象當(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(diǎn)
②待測鈦液中TiOSO₄的物質(zhì)的量濃度是1.50mol•L^-1．

Answer 1

分析 以鈦礦石（主要成分為FeTiO₃（鈦酸亞鐵），并含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為主要原料經(jīng)過以下流程制得TiO₂：向礦石中加入濃的氫氧化鈉溶液，Al₂O₃、SiO₂溶于氫氧化鈉溶液，凈化后的鈦礦石主要含F(xiàn)eTiO₃鈦酸亞鐵、FeO，加入80%的硫酸和鐵，發(fā)生反應(yīng)：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O，冷卻經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等操作可以得到副產(chǎn)品FeSO₄•7H₂O，向TiOSO₄中加水：TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃+2H⁺，生成H₂TiO₃，焙燒得到TiO₂，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）步驟I向鈦礦石加入濃氫氧化鈉，Al₂O₃和SiO₂ 能溶于氫氧化鈉，凈化礦石；
故答案為：除去Al₂O₃和SiO₂；
（2）由流程步驟Ⅱ中FeTiO₃與H₂SO₄發(fā)生反應(yīng)生成TiOSO₄和FeSO₄，化學(xué)方程式為：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O；
故答案為：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O； 
（3）經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等操作可以得到副產(chǎn)品FeSO₄•7H₂O；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，則亞鐵生成鐵離子，離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（4）TiOSO₄溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃+2H⁺，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H₂TiO₃；
故答案為：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃+2H⁺，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H₂TiO₃；
（5）①Ti³⁺與NH₄Fe（SO₄）₂溶液中的鐵離子反應(yīng)，當(dāng)Ti³⁺反應(yīng)完，溶液中鐵離子使溶液顯紅色，則當(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(diǎn)；
故答案為：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(diǎn)；
②設(shè)濾液Ti³⁺的物質(zhì)的量為X．
Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（無色）+Fe²⁺+2H⁺
1             1
X           0.1000mol•L^-1×0.03L
解得X=0.1000mol•L^-1×0.03L=0.003mol
則待測鈦液中TiOSO₄的物質(zhì)的量=0.003mol×5=0.015mol
根據(jù)C=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.0015mol}{0.01L}$=1.50 mol•L^-1
故答案為：1.50 mol•L^-1．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對條件的控制選擇與理解、氧化還原滴定、學(xué)生的閱讀、分析、提取信息解決問題的能力，主要是化學(xué)工藝流程，題目難度較大，做題時注意從物質(zhì)的性質(zhì)角度結(jié)合題中信息解答．