Question

18．科學技術(shù)在不斷進步，化學也是如此，二十一世紀鈦將成為鐵、鋁之后的第三大金屬，工業(yè)上以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的工藝流程如圖所示．鈦鐵礦的主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃），其中一部分鐵元素在風化過程中會轉(zhuǎn)化為+3價，F(xiàn)eTiO₃溶于酸后Ti元素以TiO²⁺存在，TiOSO₄遇水會水解．

請根據(jù)以上信息回答下列問題：
（1）②中加入鐵粉的目的是除去Fe³⁺，檢驗其是否全部除盡的方法是取少量②溶液與試管中，加入少量KSCN溶液，若溶液不變成血紅色則證明Fe³⁺全部除盡．
（2）③中混合物分離的依據(jù)是b（填字母序號）．
a．熔、沸點差異　     b．溶解性差異 　   c．氧化性、還原性差異
（3）②、③、④中均需要進行的操作是過濾（填操作名稱）．
（4）寫出④的離子方程式：TiO²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂TiO₃+2H⁺；該過程在熱水中操作的目的是由于水解反應(yīng)吸熱，升高溫度有利于水解平衡向正反應(yīng)方向移動，提高H₂TiO₃的產(chǎn)率．
（5）利用生產(chǎn)過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應(yīng)可生產(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 鈦鐵礦的主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃），F(xiàn)eTiO₃溶于硫酸后Ti元素以TiO²⁺存在，過濾得到溶液1，溶液1中加入鐵粉還原鐵離子生成亞鐵離子過濾得到溶液2中含有TiO²⁺，F(xiàn)eSO₄，冷卻結(jié)晶過濾得到硫酸亞鐵晶體和濾液3，在熱水中加熱析出沉淀H₂TiO₃，煅燒H₂TiO₃得到TiO₂，
（1）轉(zhuǎn)化關(guān)系中生成的離子分析判斷發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)和離子及其生成的離子，鐵還原鐵離子為亞鐵離子；
（2）根據(jù)物質(zhì)溶解度本題分析析出晶體的條件應(yīng)用；
（3）依據(jù)操作過程中形成的物質(zhì)溶解性和分離目的分析回答；
（4）依據(jù)二氧化錳的氧化性氧化亞鐵離子分析氧化還原反應(yīng)生成二價錳的化合物，結(jié)合電荷守恒和原子守恒寫出；
（5）廢液中含有亞鐵離子和氫離子，廢液與二氧化錳發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵離子、錳離子和水．

解答 解：（1）步驟②中，用鐵粉將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺的反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，②中加入鐵粉的目的是除去Fe³⁺；
檢驗鐵離子通常用硫氰化鉀，方法為：取少量②溶液與試管中，加入少量KSCN溶液，若溶液不變成血紅色則證明Fe³⁺全部除盡，
故答案為：除去Fe³⁺；取少量②溶液與試管中，加入少量KSCN溶液，若溶液不變成血紅色則證明Fe³⁺全部除盡；
（2）步驟③冷卻結(jié)晶得到硫酸亞鐵晶體，利用的是物質(zhì)溶解度的不同，通過冷卻熱飽和溶液得到，
故答案為：b；
（3）②③④步驟的操作過程中都得到沉淀或晶體，所以需要過濾得到固體和溶液，
故答案為：過濾；
（4）④的離子方程式為：TiO²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂TiO₃+2H⁺，④中使用熱水的目的是促進TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，分離出固體加熱得到TiO₂，該過程在熱水中操作的目的是由于水解反應(yīng)吸熱，升高溫度有利于水解平衡向正反應(yīng)方向移動，提高H₂TiO₃的產(chǎn)率，
故答案為：TiO²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂TiO₃+2H⁺；由于水解反應(yīng)吸熱，升高溫度有利于水解平衡向正反應(yīng)方向移動，提高H₂TiO₃的產(chǎn)率；
（5）生產(chǎn)過程中的廢液中含有Fe²⁺、H⁺，與軟錳礦（主要成分為MnO₂）發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），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．

點評 本題考查了物質(zhì)分離與提純方法及基本操作的綜合應(yīng)用，題目難度中等，根據(jù)以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的工藝流程明確實驗原理為解答關(guān)鍵，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗?zāi)芰Γ?/p>