Question

(15分)．钛白粉（主要成分是TiO₂），广泛用于油漆、塑料、造纸等行业，还可用作乙醇脱水、脱氢的催化剂。工业上常以钛矿石（主要成分为FeTiO₃(钛酸亚铁)，并含FeO、A1₂O₃、 SiO₂等杂质）为主要原料经过以下流程制得TiO₂，并获得副产品FeSO₄·7H₂O.

请回答下列问题：
(l)步骤I的目的是　　　　　　　　　　　　
（2）写出步骤Ⅱ中FeTiO₃与H₂SO₄反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）步骤II中经过　　　　　　、　　　　　 、过滤、洗涤等操作可以得到FeSO₄·7H₂O.晶体，还可以利用酸化的FeSO₄溶液与软锰矿（主要成分为MnO₂）反应生产硫酸锰（MnSO₄，易溶于水）．该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　
（4）请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤III中将TiOSO₄转化为H₂TiO₃的原理：　　　　　　　　
（5）为测定步骤II后溶液中TiOSO₄的含量，首先取待测钛液10 mL加水稀释至100 mL，再加过量铝粉，充分振荡，使其完全反应：3TiO^2＋+Al+6H^＋=3Ti^3＋+Al^3＋+3H₂O。过滤后，取出滤液20.00 mL，以KSCN溶液为指示剂，用0.1000 mol·L^－1 NH₄Fe(SO₄)₂溶液滴定至终点，再重复2次，测得平均值为30.00mL。
①该滴定达到终点时的现象　　　　　　　　　　
②待测钛液中TiOSO₄的物质的量浓度是　　　　　　　　　　　　　　　　。

Answer 1

（1）除去Al₂O₃和SiO₂  （2）FeTiO₃＋2H₂SO₄＝TiOSO₄＋FeSO₄＋2H₂O 
（3） 蒸发浓缩、冷却结晶   MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ ="=" Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O
（4）溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂OH₂TiO₃+2H⁺，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃。
（5）当滴入最后一滴NH₄Fe(SO₄)₂溶液时，溶液变为血红色且半分钟内不褪色，则说明达到终点，1.50mol/L

试题分析：(l)在钛矿石中含有的Al₂O₃和SiO₂能够与NaOH发生反应变为容易溶于水的物质。因此步骤I的目的是除去Al₂O₃和SiO₂。（2）步骤Ⅱ中FeTiO₃与H₂SO₄反应的化学方程式是FeTiO₃＋2H₂SO₄＝TiOSO₄＋FeSO₄＋2H₂O；（3）由于FeSO₄的溶解度受温度的影响变化较大，所以从溶液中获得晶体的操作步骤II中经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作可以得到FeSO₄·7H₂O.晶体。Fe2+有还原性，MnO2有氧化性，在酸性条件下发生氧化还原反应。该反应的两种方程式是MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ =Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O；（4） 在溶液中存在水解平衡：TiO²⁺+2H₂OH₂TiO₃+2H⁺，水解反应是吸热反应。当加入热水升高温度后，促进盐的水解，水解平衡正向移动，会生成更多的H₂TiO₃，从而促使物质的转化。（5）①在原来的溶液中含有Fe³⁺,以以KSCN溶液为指示剂，此时溶液是红色，其中存在平衡：Fe³⁺+3SCN^- Fe(SCN)₃.随着铝粉的不断加入，c(Fe³⁺)不断降低，平衡逆向移动，红色逐渐变浅，当滴入最后一滴NH₄Fe(SO₄)₂溶液时，溶液变为血红色且半分钟内不褪色，则说明达到终点；②根据电子转移数目相等可得关系式：3TiO^2＋～Al～3Fe³⁺.n(Fe³⁺)="0.1mol/L×0.03L×5=0.015mol." n(TiO^2＋)=" 0.015mol," 所以待测钛液中TiOSO₄的物质的量浓度是c(TiO^2＋)= 0.015mol÷0.01L=1.50mol/L.