Question

4．金屬鈦素有“太空金屬”、“未來(lái)金屬”等美譽(yù)．工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦并得到副產(chǎn)品FeSO₄•7H₂O（綠礬）的工藝流程如下圖所示．

已知：TiO²⁺在一定條件下會(huì)發(fā)生水解；鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃），含有少量SiO₂雜質(zhì)；其中一部分鐵元素在鈦鐵礦處理過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)化為+3價(jià)．
（1）黑鈦液中生成的主要陽(yáng)離子有TiO²⁺和Fe²⁺，寫(xiě)出步驟①化學(xué)反應(yīng)方程式：FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；步驟②中，加入鐵粉的主要目的是將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺并防止Fe²⁺被氧化．
（2）步驟③中，實(shí)現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的b（填字母序號(hào)）．
a．熔沸點(diǎn)差異　　　　b．溶解性差異　　　 c．氧化性、還原性差異
（3）步驟②、③、④中，均涉及到的操作是過(guò)濾（填操作名稱）；該操作所需玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒．
（4）請(qǐng)結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)用化學(xué)平衡理論解釋步驟④中將TiO²⁺轉(zhuǎn)化為T(mén)i（OH）₄的原因：溶液中存在平衡：TiO²⁺+3H₂O?Ti（OH）₄+2H⁺，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成Ti（OH）₄．
（5）可以利用生產(chǎn)過(guò)程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應(yīng)生產(chǎn)硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），該反應(yīng)的離子方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．

Answer 1

分析 流程分析：第①步加酸溶解生成TiO²⁺和Fe²⁺，第②步加鐵粉還原Fe³⁺，過(guò)濾除去濾渣，第③步冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到FeSO₄•7H₂O和含有TiO²⁺的溶液；第④步調(diào)節(jié)PH，使TiO²⁺水解生成Ti（OH）₄，過(guò)濾得到Ti（OH）₄；第⑤步Ti（OH）₄受熱分解生成化生成TiO₂．
（1）FeTiO₃與H₂SO₄反應(yīng)生成FeSO₄、TiOSO₄和H₂O；
（2）步驟③中，利用綠礬與TiOSO₄的溶解性的差異實(shí)現(xiàn)混合物的分離；
（3）步驟②、③、④中均為分離固液混合物的操作；根據(jù)過(guò)濾的操作過(guò)程和儀器組裝來(lái)判斷用到什么儀器；
（4）升高溫度促進(jìn)水解平衡正移；
（5）生產(chǎn)過(guò)程中的廢液含有Fe²⁺，與MnO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)．

解答 解：（1）鈦鐵礦粉主要成分的化學(xué)式為FeTiO₃，其中鐵元素的化合價(jià)為+2價(jià)，氧元素的化合價(jià)為-2價(jià)，鈦的化合價(jià)為+4價(jià)，黑鈦液中生成的主要陽(yáng)離子有TiO²⁺和Fe²⁺，F(xiàn)eTiO₃與H₂SO₄反應(yīng)生成FeSO₄、TiOSO₄和H₂O，則其化學(xué)反應(yīng)方程式為：FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；亞鐵離子易被氧化，則加入鐵粉的主要目的是將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺并防止Fe²⁺被氧化；
故答案為：FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺并防止Fe²⁺被氧化；
（2）步驟③中，利用綠礬與TiOSO₄的溶解性的差異實(shí)現(xiàn)混合物的分離，把混合物的溶液冷卻結(jié)晶得到綠礬固體，
故答案為：b；
（3）步驟②、③、④中均為分離固液混合物的操作，則操作為過(guò)濾，灼燒固體一般在坩堝中進(jìn)行，過(guò)濾時(shí)需要制作過(guò)濾器的漏斗、固定儀器的鐵架臺(tái)、引流用的玻璃棒、承接濾液的燒杯，
故答案為：過(guò)濾；燒杯、漏斗、玻璃棒；
（4）TiO²⁺在一定條件下會(huì)發(fā)生水解生成Ti（OH）₄和氫離子，溶液中存在平衡：TiO²⁺+3H₂O?Ti（OH）₄+2H⁺，升高溫度促進(jìn)水解平衡正移，生成Ti（OH）₄；
故答案為：溶液中存在平衡：TiO²⁺+3H₂O?Ti（OH）₄+2H⁺，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成Ti（OH）₄；
（5）生產(chǎn)過(guò)程中的廢液含有Fe²⁺，與MnO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸錳，其反應(yīng)的離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備流程分析判斷，實(shí)驗(yàn)基本操作，離子方程式的書(shū)寫(xiě)等，考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，注意物質(zhì)分離的流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用，題目難度中等．