Question

14．金属钛（Ti）性能优越，被称为“亲生物金属”．工业上以钛铁矿（主要成分FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料冶炼金属钛，其生产的工艺流程图如图：

已知：①2H₂SO₄（浓）+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O
②TiO²⁺易水解，只能存在于强酸性溶液中．
（1）步骤I中发生反应的离子方程式：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（2）25℃时，难溶电解质形成沉淀与pH关系如表

pH	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2	Ti（OH）2
开始沉淀	1.1	4.5	7	1
完全沉淀	2.8	6.4	9.2	2.7

TiO（OH）₂溶度积K_sp=1×10^-29
a．步骤II加入铁屑原因是将Fe³⁺转化为Fe²⁺，防止Fe³⁺与TiO²⁺同时生成沉淀．
b．向溶液II中加入Na₂CO₃粉末的作用是调节PH，生成TiO（OH）₂溶液．溶液Ⅱ中大量含有的阳离子有TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺．
（3）TiCl₄→Ti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．
①写出由TiO₂制取TiCl₄的化学方程式TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
②依据如表信息，需加热的温度略高于1412℃即可．

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

（4）为了测定绿矾（FeSO₄•7H₂O）的含量，称取2.850g绿矾样品配置成250mL溶液，取25.00mL用0.01mol/L酸性KMnO₄溶液进行滴定（5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．消耗KMnO₄溶液的体积为20mL计算上述样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为97.5%．

Answer 1

分析 钛铁矿先用浓氢氧化钠溶液溶解，Al₂O₃、SiO₂发生反应，过滤分离，钛铁矿精矿用浓硫酸溶解得到强酸溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等，加入过量铁粉还原铁离子，过滤得到滤液通过蒸发浓缩、冷却结晶得到绿矾，过滤得到溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺等离子，再加入碳酸钠析出TiO（OH）₂，加热煅烧得到TiO₂，加入氯气、过量碳高温反应生成TiCl₄和一氧化碳，四氯化钛和金属镁高温加热反应得到氯化镁和钛金属．
（1）步骤I中氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与水，二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠与水；
（2）a．由溶度积可知，步骤II加入铁屑，将Fe³⁺转化为Fe²⁺，防止Fe³⁺与TiO²⁺同时生成沉淀；
b．溶液Ⅱ中大量含有的阳离子有 TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺；
（3）①TiO₂与氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl₄和一氧化碳；
②TiCl₄→Ti反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，由物质的熔沸点，可知应加热使Mg、MgCl₂转化为蒸汽，而Ti不能转化为蒸汽；
（4）根据离子方程式计算25mL溶液中FeSO₄的物质的量，再计算2.850g样品中FeSO₄•7H₂O的质量，进而计算样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数．

解答 解：钛铁矿先用浓氢氧化钠溶液溶解，Al₂O₃、SiO₂发生反应，过滤分离，钛铁矿精矿用浓硫酸溶解得到强酸溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等，加入过量铁粉还原铁离子，过滤得到滤液通过蒸发浓缩、冷却结晶得到绿矾，过滤得到溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺等离子，再加入碳酸钠析出TiO（OH）₂，加热煅烧得到TiO₂，加入氯气、过量碳高温反应生成TiCl₄和一氧化碳，四氯化钛和金属镁高温加热反应得到氯化镁和钛金属．
（1）步骤I中氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与水，二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠与水，反应离子方程式为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（2）a．由溶度积可知，步骤II加入铁屑原因是：将Fe³⁺转化为Fe²⁺，防止Fe³⁺与TiO²⁺同时生成沉淀，
故答案为：将Fe³⁺转化为Fe²⁺，防止Fe³⁺与TiO²⁺同时生成沉淀；
b．溶液Ⅱ中大量含有的阳离子有 TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺，
故答案为：TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺；
（3）①TiO₂与氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl₄和一氧化碳，反应方程式为：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案为：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
②TiCl₄→Ti反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，由物质的熔沸点，可知应加热使Mg、MgCl₂转化为蒸汽，而Ti不能转化为蒸汽，需加热的温度略高于1412℃即可，
故答案为：1412；
（4）由5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可知25mL溶液中FeSO₄的物质的量为5×0.02L×0.01mol/L=0.001mol，则2.850g样品中FeSO₄•7H₂O的质量为0.001mol×$\frac{250mL}{25mL}$×278g/mol=2.78g，故样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为$\frac{2.78g}{2.850g}$×100%=97.5%．
故答案为：97.5%．

点评 本题考查物质准备工艺流程，涉及对操作与原理的分析评价、物质的分离提纯、陌生方程式的书写、物质含量测定、对数据的运用用等，侧重考查学生的阅读获取信息、分析解决问题的能力，是对学生综合能力的考查．