Question

7．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、Al₂O₃、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的目的是除去Al₂O₃和SiO₂
（2）写出步骤Ⅱ中FeTiO₃与H₂SO₄反应的化学方程式FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
（3）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，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MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O
（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：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃
（5）为测定步骤II后溶液中TiOSO₄的含量，首先取待测钛液10mL加水稀释至100mL，再加过量铝粉，充分振荡，使其完全反应：3TiO²⁺+Al+6H⁺═3Ti³⁺+Al³⁺+3H₂O．过滤后，取出滤液20.00mL，以KSCN溶液为指示剂，用0.1000mol•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待测钛液中TiOSO₄的物质的量浓度是1.50mol•L^-1．

Answer 1

分析 以钛矿石（主要成分为FeTiO₃（钛酸亚铁），并含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料经过以下流程制得TiO₂：向矿石中加入浓的氢氧化钠溶液，Al₂O₃、SiO₂溶于氢氧化钠溶液，净化后的钛矿石主要含FeTiO₃钛酸亚铁、FeO，加入80%的硫酸和铁，发生反应：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O，冷却经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作可以得到副产品FeSO₄•7H₂O，向TiOSO₄中加水：TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃+2H⁺，生成H₂TiO₃，焙烧得到TiO₂，据此分析解答．

解答 解：（1）步骤I向钛矿石加入浓氢氧化钠，Al₂O₃和SiO₂ 能溶于氢氧化钠，净化矿石；
故答案为：除去Al₂O₃和SiO₂；
（2）由流程步骤Ⅱ中FeTiO₃与H₂SO₄发生反应生成TiOSO₄和FeSO₄，化学方程式为：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O；
故答案为：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O； 
（3）经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作可以得到副产品FeSO₄•7H₂O；用酸化的FeSO₄溶液与软锰矿（主要成分为MnO₂）反应生产硫酸锰，则亚铁生成铁离子，离子方程式为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（4）TiOSO₄溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃；
故答案为：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃；
（5）①Ti³⁺与NH₄Fe（SO₄）₂溶液中的铁离子反应，当Ti³⁺反应完，溶液中铁离子使溶液显红色，则当滴入最后一滴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；
故答案为：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设滤液Ti³⁺的物质的量为X．
Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（无色）+Fe²⁺+2H⁺
1             1
X           0.1000mol•L^-1×0.03L
解得X=0.1000mol•L^-1×0.03L=0.003mol
则待测钛液中TiOSO₄的物质的量=0.003mol×5=0.015mol
根据C=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.0015mol}{0.01L}$=1.50 mol•L^-1
故答案为：1.50 mol•L^-1．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、氧化还原滴定、学生的阅读、分析、提取信息解决问题的能力，主要是化学工艺流程，题目难度较大，做题时注意从物质的性质角度结合题中信息解答．