题目内容

4．工业上由钛铁矿（FeTiO3）（含Fe2O3、SiO2等杂质）制备TiO2的有关反应包括：
酸溶FeTiO3（s）+2H2SO4（aq）=FeSO4（aq）+TiOSO4（aq）+2H2O（l）
水解TiOSO4（aq）+2H2O（l）$\frac{\underline{\;90℃\;}}{\;}$H2TiO3（s）+H2SO4（aq）
简要工艺流程如图：

（1）为提高钛铁矿的浸出率，请写出两条合理的措施搅拌或适当提高酸的浓度或加热或将矿石粉碎或延长浸取时间．
（2）酸溶后所得到的矿渣的主要成分是SiO2．
（3）试剂A为铁粉．钛液Ⅰ需冷却至70°C左右，若温度过高会导致产品收率降低，原因是由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO4•7H2O中导致TiO2产率降低．
（4）从钛液Ⅰ中获得FeSO4•7H2O晶体的操作Ⅰ步骤为蒸发浓缩、冷却结晶，过滤．
（5）取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是Fe2+．这种H2TiO3用水充分洗涤，锻烧后获得的TiO2颜色发黄，发黄的杂质是Fe2O3（填化学式）．
（6）FeSO4•7H2O晶体可用于生产红色颜料（Fe2O3），其方法是：将556akgFeSO4•7H2O晶体（摩尔质量为278g/mol）溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3336bkgFeSO4•7H2O晶体和112ckg铁粉，鼓入足量空气搅拌．反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料．若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料160a+320b+160ckg．

分析 钛铁矿（FeTiO3）（含Fe2O3、SiO2等杂质）加入硫酸溶解过滤得到钛液Ⅰ和矿渣为二氧化硅，在70°C的钛液Ⅰ中加入试剂A为Fe粉，还原铁离子为亚铁离子，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤从钛液Ⅰ中获得FeSO4•7H2O晶体，得到钛液Ⅱ加热水解过滤得到H2TiO3，酸洗、水洗、干燥、煅烧得到TiO2，
（1）为提高钛铁矿的浸出率，可以利用搅拌、升温、增大浓度或增大接触面积等措施；
（2）钛铁矿（FeTiO3）（含Fe2O3、SiO2等杂质）加入酸溶解，二氧化硅不溶于酸，过滤得到滤渣为二氧化硅；
（3）加入硫酸后FeTiO3、Fe2O3溶解，SiO2不反应，过滤除去SiO2，由于亚铁离子易被氧化，钛液I加入试剂A，将溶液中Fe3+还原为Fe2+，超过90℃TiOSO4（aq）水解得到H2TiO3（s），冷却至70℃左右结晶出硫酸亚铁晶体，过滤分离出硫酸亚铁晶体，钛液Ⅱ水解析出H2TiO3（s），洗涤、干燥、灼烧得到TiO2；
（4）滤液中获得晶体的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤；
（5）取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是亚铁离子，直接水洗时Fe2+会水解得到氢氧化亚铁，氧化得到氢氧化铁，灼烧氢氧化铁分解得到氧化铁；
（6）考虑最后溶质是只有硫酸钠和硫酸铁，根据开始加入A为2a×103mol加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应．，说明加入氢氧化钠的物质的量为4a×103mol，后来又加入12b×103mol的A，和2c×103mol的铁．根据电荷守恒，溶质中硫酸钠消耗硫酸根离子为2a×103mol，．而溶液中加入的硫酸根离子物质的量共计为（2a+12b）×103mol，这样剩下的硫酸根就与铁离子结合．可知消耗铁离子为8b×103mol，根据铁元素守恒．

解答 解：（1）为提高钛铁矿的浸出率，合理的措施可以利用搅拌、升温、增大浓度或增大接触面积等措施，
故答案为：搅拌或适当提高酸的浓度或加热或将矿石粉碎或延长浸取时间；
（2）钛铁矿（FeTiO3）（含Fe2O3、SiO2等杂质）加入酸溶解，二氧化硅不溶于酸，过滤得到滤渣为二氧化硅，
故答案为：SiO2；
（3）因为矿石经硫酸溶解后得到的Fe2（SO4）3，而后面过滤得到的是FeSO4•7H2O，所以试剂A是铁粉，由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3，经过滤进入FeSO4•7H2O中，导致产品TiO2产率降低，
故答案为：铁粉；由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多的TiOSO4水解为固体H2TiO3，而经过滤进入FeSO4•7H2O中，导致TiO2产率降低；
（4）滤液中获得晶体的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，从钛液Ⅰ中获得FeSO4•7H2O晶体的操作Ⅰ步骤为蒸发浓缩、冷却结晶，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（5）取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是Fe2+离子，直接水洗时Fe2+会水解得到氢氧化亚铁，氧化得到氢氧化铁，灼烧氢氧化铁分解得到氧化铁，煅烧后获得的TiO2发黄的杂质是Fe2O3，
故答案为：Fe2+；Fe2O3；
（6）依题意A与适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，FeSO4+2NaOH=Na2SO4+Fe（OH）2↓，根据开始加入A为2a×103mol，可知加入氢氧化钠为4a×103mol；后来又加入12b×103mol的A和2c×103mol的铁，由Na2SO4 、FeSO4、Fe2（SO4）3、Fe2O3等化学式的定量组成和守恒思想分别可求得以下各量：利用Na+离子守恒，n（NaOH）=2n（Na2SO4），可知Na2SO4物质的量为2a×103mol；利用SO42-离子守恒，n（FeSO4）=n（Na2SO4）+3n[Fe2（SO4）3]，可知Fe2（SO4）3物质的量为（2a+12b-2a）×103mol×$\frac{1}{3}$=4b×103mol；利用Fe元素守恒，n（FeSO4）+n（Fe）=2 n[Fe2（SO4）3]+2n（Fe2O3），可知n（Fe2O3）=（2a+12b+2c-4b×2）×103mol×$\frac{1}{2}$=（a+2b+c）×103mol，计算得m（Fe2O3）=（160a+320b+160c）kg，
故答案为：160a+320b+160c．

点评 本题属于化学工艺流程题目，涉及对操作与试剂的分析评价、对原理的分析评价、物质的分离提纯等，需要学生熟练掌握元素化合物知识，培养了学生实验能力、知识迁移应用能力，难度中等．

练习册系列答案
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14．短周期元素W、X、Y、Z在元素周期表中的位置如图所示．其中Z的单质是一种重要半导体材料．广泛应用于电子工业的各个领域．
WX
YZ
（1）W在元素周期表中的位置是第二周期第ⅣA族；
（2）W、X、氢元素形成的三原子分子的电子式；
（3）下列选项中，能证明元素非金属性X强于W的是CD；
A．原子序数：X＞W
B．最低化合价：X＞W
C．最简单氢化物的稳定性：X＞W
D．最高价氧化物的水化物酸性：X＞W
（4）元素周期表中与Z同周期的某金属元素形成的单质A，可发生如图所示的转化：

其中化合物D是一种白色沉淀，则B中溶质的化学式为NaAlO2；B与C也可直接转化生成D，写出对应的离子方程式为Al3++6H2O+3AlO2-=4Al（OH）3↓．
15．若NA表示阿伏伽德罗常数，下列说法正确的是（　　）
A．1molCl2的体积为22.4L
B．在0℃101KPa时，22.4L氢气中含有NA个氢原子
C．14g氮气中含有7NA个电子
D．NA个CO和0.5molCH4的质量比为7：4
12．几种短周期元素的主要化合价及原子的原子半径数据见表：
元素代号LMQRT
主要化合价+2+3+6、-2+7、-1-2
原子半径/nm0.1600.1430.1020.0990.074
据表中信息判断，下列有关叙述中，正确的是（　　）
A．M与T形成的化合物和强酸、强碱均能反应
B．L、M的单质分别与同浓度的稀盐酸反应时，M的单质反应更剧烈
C．Q元素在自然界中只能以化合态形式存在
D．L与R两元素形成的化合物中，含有共价键
19．分子式为C4H10O的醇与苯甲酸（）在一定条件下反应生成酯的种类有（　　）
A．2种B．3种C．4种D．5种
9．甲、乙、丙、丁、戊五种物质中，甲、乙、丙中均含有某种相同的元素，它们之间具有如图所示转化关系（反应条件及部分产物已略去）．下列有关物质的推断不正确的是（　　）
选项假设结论
A甲为Al（OH）3丁可能是盐酸
B甲为Na2CO3溶液戊可能是CO2
C甲为Fe丁可能是盐酸
D甲为N2戊可能是氧气
A．AB．BC．CD．D
16．在电解冶炼铝的过程中加入冰晶石，可起到降低Al2O3熔点的作用．冰晶石的生产原理为2Al（OH）3+12HF+3Na2CO3═2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O．根据题意完成下列填空：
（1）冰晶石的晶体不导电，但熔融时能导电，则在冰晶石晶体中存在abc（填序号）．
a．离子键　　　　b．极性键    c．配位键    d．范德华力
（2）CO2分子的空间构型为直线形，中心原子的杂化方式为sp，和CO2 互为等电子体的氧化物是N2O．
（3）反应物中电负性最大的元素为F（填元素符号），写出其原子最外层的电子排布图：．
（4）冰晶石由两种微粒构成，冰晶石的晶胞结构如图甲所示，●位于大立方体的顶点和面心，○位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，那么大立方体的体心处所代表的微粒是Na+（填具体的微粒符号）．

（5）Al单质的晶体中原子的堆积方式如图乙所示，其晶胞特征如图丙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丁所示：
若已知Al的原子半径为d cm，NA代表阿伏伽德罗常数，Al的相对原子质量为M，则一个晶胞中Al原子的数目为4个；Al晶体的密度为$\frac{M}{4\sqrt{2}{a}^{3}{N}_{A}}$g．cm-3（用字母表示）．
13．下列说法正确的是（　　）
A．
用如图所示装置测定空气中甲醛含量，若抽气速度过快会导致测定的甲醛含量偏低
B．溶质的溶解度越大，溶液的浓度越高，溶剂的蒸发速度越快，溶液的冷却速度越快，析出的晶体就越细小
C．将20g硝酸钠和17g氯化钾放入100ml烧杯中，加35mL水，并加热、搅拌，使溶液浓缩至约为原来的一半时，趁热过滤即可得到硝酸钾晶体
D．用移液管取液后，将移液管垂直伸入容器里面，松开食指使溶液全部流出，数秒后取出
14．环丙叉环丙烷（A）由于其特殊的电子结构，一直受到结构和理论化学家的注意，由于缺乏有效的合成途径，一度延缓对其反应的研究，直到1993年出现了可以大量制备的方法．根据下列转化，判断下列说法正确的是（　　）
A．A的所有原子都在一个平面内B．反应①是加成反应
C．反应②是消去反应D．A的二取代产物只有1种

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