Question

18．纳米TiO₂在涂料、光催化、化妆品等领域有着极其广泛的应用．如图所示的流程是制备纳米TiO₂以及获得副产品绿矾的方法之一：

（1）FeSO₄和Fe₂（SO₄）₃的混合溶液中加入铁屑的目的是将Fe³⁺还原成Fe²⁺，除去Fe³⁺．
（2）检验绿矾晶体中是否含有Fe³⁺的实验操作是取少量晶体于试管中，加适量蒸馏水溶解，再加入1-2滴KSCN溶液，若不变红则无Fe³⁺，若变红则有Fe³⁺．
（3）TiOSO₄水解生成H₂TiO₃的化学方程式为TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄；水解生成的H₂TiO₃经过滤、洗涤等操作，再煅烧得到TiO₂．
（4）为测得TiO₂样品中TiO₂的含量，常在一定条件下将TiO₂溶解并还原为Ti³⁺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⁺．
①请写出滴定过程中反应的离子方程式：Ti³⁺+Fe³⁺=Fe²⁺+Ti⁴⁺、3SCN^-+Fe³⁺=Fe（SCN）₃；
②滴定终点的现象是滴入最后一滴NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液，锥形瓶内溶液刚好变红色且半分钟内颜色不发生变化；
③若滴定时，称取TiO₂（摩尔质量为M g•mol^-1）试样ωg，消耗c mol•L^-1NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液V mL，则TiO₂质量分数表达式为$\frac{cVM}{10w}%$．
（5）TiO₂与BaCO₃在熔融状态下，可生成一种气体和一种半导体材料．该半导体材料的化学式为BaTiO₃．

Answer 1

分析 磨碎的钛铁矿加入浓硫酸反应生成FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄、Ti（SO₄）₃，水溶过滤得到偏钛酸沉淀和滤液硫酸亚铁和硫酸铁混合溶液，偏钛酸分解生成二氧化钛，滤液中加入过量铁还原铁离子为亚铁离子，溶液浓缩蒸发，冷却结晶，过滤洗涤得到绿矾晶体，
（1）FeSO₄和Fe₂（SO₄）₃的混合溶液中加入铁屑还原铁离子为亚铁离子；
（2）依据铁离子遇到硫氰酸钾溶液变红色设计实验验证；
（3）TiOSO₄水解生成H₂TiO₃和硫酸，过滤洗涤干燥灼烧得到二氧化钛；
（4）①滴定过程中发生的反应是用NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液中铁离子氧化性，滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺，最后滴入一滴标准溶液变红色是铁离子和SCN^-离子析出红色溶液；
②利用滴入的NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液中的铁离子，反应后结合SCN^-形成红色溶液指示反应终点；
③依据滴定反应的定量关系计算；
（5）TiO₂与BaCO₃在熔融状态下，可生成一种气体和一种半导体材料，生成产物为BaTiO₃和气体二氧化碳．

解答 解：（1）FeSO₄和Fe₂（SO₄）₃的混合溶液中加入铁屑还原铁离子为亚铁离子，除去Fe³⁺，发生的反应离子方程式为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案为：将Fe³⁺还原成Fe²⁺，除去Fe³⁺；
（2）依据铁离子遇到硫氰酸钾溶液变红色设计实验验证，检验绿矾晶体中是否含有Fe³⁺的实验操作是：取少量晶体于试管中，加适量蒸馏水溶解，再加入1-2滴KSCN溶液，若不变红则无Fe³⁺，若变红则有Fe³⁺，
故答案为：取少量晶体于试管中，加适量蒸馏水溶解，再加入1-2滴KSCN溶液，若不变红则无Fe³⁺，若变红则有Fe³⁺；
（3）TiOSO₄水解生成H₂TiO₃和硫酸，反应的化学方程式为：TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄ ，水解生成的H₂TiO₃经过滤、洗涤、干燥、灼烧得到二氧化钛，
故答案为：TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄；过滤；洗涤；
（4）①滴定过程中发生的反应是用NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液中铁离子氧化性，滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺，反应的离子方程式为：Ti³⁺+Fe³⁺=Fe²⁺+Ti⁴⁺，最后滴入一滴标准溶液变红色是铁离子和SCN^-离子析出红色溶液，反应的离子方程式为：3SCN^-+Fe³⁺=Fe（SCN）₃，
故答案为：Ti³⁺+Fe³⁺=Fe²⁺+Ti⁴⁺；3SCN^-+Fe³⁺=Fe（SCN）₃；
②利用滴入的NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液中的铁离子，反应后结合SCN^-形成红色溶液指示反应终点，滴定终点的现象是滴入最后一滴NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液，锥形瓶内溶液刚好变红色且半分钟内颜色不发生变化，
故答案为：滴入最后一滴NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液，锥形瓶内溶液刚好变红色且半分钟内颜色不发生变化；
③称取TiO₂（摩尔质量为M g•mol^-1）试样ωg，物质的量=$\frac{wg}{Mg/mol}$，消耗c mol•L^-1NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液V mL，n（Fe³⁺）=cV×10^-3mol，Ti³⁺+Fe³⁺=Fe²⁺+Ti⁴⁺，
依据滴定反应的定量关系可知，n（Fe³⁺）=n（Ti³⁺）=cV×10^-3mol，则TiO₂质量分数表达式=$\frac{cV×1{0}^{-3}mol×Mg/mol}{wg}$×100%=$\frac{cVM}{10w}%$，
故答案为：$\frac{cVM}{10w}%$；
（5）TiO₂与BaCO₃在熔融状态下，可生成一种气体和一种半导体材料，生成产物半导体材料为BaTiO₃，气体为二氧化碳，故答案为：BaTiO₃．

点评 本题考查了物质制备方法过程探究，物质性质和滴定实验测定分析应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．