Question

14．钛铁矿的主要成分为FeTiO₃（可表示为FeO•TiO₂），含有少量MgO、SiO₂等杂质．利用钛铁矿制备二氧化钛，进一步制备钛单质，流程如图：

已知：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O草酸（C₂H₂O₄）具有很强还原性，易被氧化成二氧化碳
（1）化合物FeTiO₃中铁元素的化合价是+2．
（2）钛铁矿加入过量H₂SO₄后，得到的滤渣A为SiO₂（填化学式）．
（3）含TiO²⁺溶液乙转化生成TiO₂的离子方程式是TiO^2-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺．
（4）由滤液丙制备LiFePO₄的过程中，所需17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比是20：9．
（5）用氧化还原滴定法测定TiO₂的质量分数：一定条件下，将TiO₂溶解并还原为Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示剂，用NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．滴定分析时，称取TiO₂（摩尔质量为M g/mol）试样w g，消耗c mol/L NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液VmL，则TiO₂质量分数为$\frac{cV×10{\;}^{-3}×M}{w}$×100%（用代数式表示）．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	136.4	1090	1412	3287

（6）TiO₂制取单质Ti，涉及到的步骤如下：TiO₂$\stackrel{①}{→}$TiCl₄$→_{Mg_{800}℃}^{②}$Ti
反应②的方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，由TiCl₄→Ti需要在Ar气中进行的理由是高温下Mg（Ti）会与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用．反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据表中信息，需加热的温度略高于1412℃即可．

Answer 1

分析 （1）根据化合价代数和为0判断铁的化合价；
（2）铁矿石加入过量硫酸溶解，二氧化硅不溶于酸，所以过滤得到滤渣为二氧化硅；
（3）TiO²⁺在加热条件下水解可以转化成TiO₂；
（4）滤液丙与双氧水反应，将亚铁离子氧化成铁离子，得沉淀磷酸铁，磷酸铁再被草酸还原成亚铁离子，根据电子得失守恒可计算双氧水与H₂C₂O₄的质量比；
（5）根据电子守恒和元素守恒，有关系式TiO₂～NH₄Fe（SO₄）₂，根据NH₄Fe（SO₄）₂的体积和浓度可计算得TiO₂的物质的量，根据$\frac{TiO2质量}{样品质量}$×100%计算TiO₂质量分数；
（6）用镁还原TiCl₄得Ti，根据元素守恒写化学方程式，高温下Mg（Ti）会与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用，所以不能与空气接触，采用真空蒸馏时，要使其它成份变成蒸气，而Ti不能汽化，结合题中给出的各物质沸点判断温度．

解答 解：（1）根据化合价代数和为0规则可知，化合物FeTiO₃中铁元素的化合价是+2价，故答案为：+2；
（2）铁矿石加入过量硫酸溶解，二氧化硅不溶于酸，所以过滤得到滤渣为二氧化硅，故答案为：SiO₂；
（3）TiO²⁺在加热条件下水解可以转化成TiO₂，反应离子的方程式为TiO^2-+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺，故答案为：TiO^2-+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺；
（4）滤液丙与双氧水反应，将亚铁离子氧化成铁离子，得沉淀磷酸铁，磷酸铁再被草酸还原成亚铁离子，根据电子得失守恒有关系式H₂C₂O₄～2FePO₄～H₂O₂，所以17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比为$\frac{34}{17%}$：90=20：9，
故答案为：20：9；
（5）根据电子守恒和元素守恒，有关系式TiO₂～NH₄Fe（SO₄）₂，所以TiO₂的物质的量为cV×10^-3mol，所以TiO₂质量分数为$\frac{cV×10{\;}^{-3}×M}{w}$×100%，
故答案为：$\frac{cV×10{\;}^{-3}×M}{w}$×100%；
（6）用镁还原TiCl₄得Ti，反应的化学方程式为TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，高温下Mg（Ti）会与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用，所以反应需要在Ar气中进行，采用真空蒸馏时，要使其它成份变成蒸气，而Ti不能汽化，结合题中给出的各物质沸点可知，需加热的温度略高于1412℃即可，
故答案为：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；高温下Mg（Ti）会与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用；1412．

点评 本题借助利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料流程，考查了化合价判断、离子方程式书写、电极方程式书写、化学计算等知识，涉及的内容较多，综合性较强，充分考查了学生的综合能力，本题难度中等．