Question

【题目】工业上，以钛铁矿（主要含FeTiO3，还含有Fe2O3 和Al2O3、SiO2等杂质）为原料制备二氧化钛并得到副产品绿矾(FeSO4·7H2O)的工艺流程如下图所示。

已知：TiO2+在一定条件下会发生水解。

回答下列问题：

（1）要提高酸浸时钛矿石的溶解速率，可行的措施是（写一条即可）_______________。黑钛液中生成的主要阳离子有TiO2+和Fe2+，步骤①主要反应的化学方程式是_________。

（2）步骤②中，加入铁粉的主要作用是_____，同时也会将部分TiO2+还原为Ti3+。

（3）向滤液2中通入空气的目的是______（用离子方程式表示）。

（4）请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中加入热水稀释将TiO2+转化为Ti(OH)4 的原因:_________________。

（5）副产品绿矾中含有杂质[Al2(SO4)3]。要将副产品进一步提纯，请结合右图的绿矾溶解度曲线完成提纯过程：将副产品溶于稀硫酸中，充分搅拌后，用NaOH溶液调节反应液的pH约为5，过滤沉淀后得到FeSO4溶液，______，过滤，用冰水洗涤，低温干燥，得到FeSO4·7H20晶体。

（6）用氧化还原滴定法测定制备得到的产品中TiO2的质量分数：在一定条件下，将一定量的产品溶解并将TiO2还原为Ti3＋，再以KSCN溶液作为指示剂，用硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2]标准溶液滴定Ti3＋至全部生成Ti4＋。

①滴定终点的现象是_______________。

②滴定分析时，称取TiO2试样0.2 g，消耗0.1 mol/L NH4Fe(SO4)2标准溶液24.00mL，则TiO2的质量分数为_______________。

Answer 1

【答案】粉碎矿石或加热反应物或及时搅拌等 FeTiO3＋2H2SO4FeSO4＋TiOSO4＋2H2O 将Fe3+转化为Fe2+并防止Fe2＋被氧化 4Ti3++ O2 + 2H2O4TiO2+ + 4H+ TiO2+在溶液中水解：TiO2+ + 3H2O Ti(OH)4 + 2H+ △H＞0，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成Ti(OH)4 加热浓缩得到60℃的饱和溶液，再冷却至室温（或0℃）结晶 滴入最后滴标准溶液时, 锥形瓶内溶液变成红色, 且半分钟不褪色 96%

【解析】

（1）要提高酸浸时钛矿石的溶解速率，可增大接触面积、加热或加快搅拌；黑钛液中生成的主要阳离子有TiO2+和Fe2+，他们的存在形式是TiOSO4和FeSO4，反应的化学方程式是：FeTiO3＋2H2SO4FeSO4＋TiOSO4＋2H2O；

（2）由（1）可知黑钛液中生成的主要阳离子有TiO2+和Fe2+，加入铁粉的目的除了可将部分TiO2+还原为Ti3+之外，还可将Fe3+转化为Fe2+并防止Fe2＋被氧化；

（3）向滤液2中通入空气，可将三价的钛离子氧化成TiO2+，用离子方程式表示为：4Ti3++ O2 + 2H2O=4TiO2+ + 4H+

（4）TiO2+在一定条件下会发生水解生成Ti(OH)4和氢离子，溶液中存在平衡：TiO2++3H2OTi(OH)4+2H+，△H＞0，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成Ti(OH)4；

（5）根据金属离子沉淀的pH值，通过滴加NaOH溶液调节pH至5.0把Al3+除去，过滤，即得到FeSO4溶液，加热浓缩得到60℃饱和溶液，然后放在冰水中冷却至室温，冷却结晶，后过滤，洗涤，低温干燥，得到FeSO4·7H20晶体；

（6）①TiO2中Ti的化合价由＋4价→＋3价，化合价降低，把Fe2＋氧化成Fe3＋，Fe3＋与KSCN溶液，溶液变红，即滴定到终点的现象是：滴入最后一滴标准溶液时, 锥形瓶内溶液变成红色, 且半分钟不褪色；③依据得失电子数目守恒，有：n(Fe2＋)×1=n(TiO2)×1，即n(TiO2)=n(Fe2＋)=24×10－3×0.1mol=2.4×10－3mol，其质量分数为2.4×10－3×80/0.2×100%=96%；