Question

14．金屬鈦（Ti）性能優(yōu)越，被稱為“親生物金屬”．工業(yè)上以鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為主要原料冶煉金屬鈦，其生產(chǎn)的工藝流程圖如圖：

已知：①2H₂SO₄（濃）+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O
②TiO²⁺易水解，只能存在于強(qiáng)酸性溶液中．
（1）步驟I中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（2）25℃時(shí)，難溶電解質(zhì)形成沉淀與pH關(guān)系如表

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

TiO（OH）₂溶度積K_sp=1×10^-29
a．步驟II加入鐵屑原因是將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，防止Fe³⁺與TiO²⁺同時(shí)生成沉淀．
b．向溶液II中加入Na₂CO₃粉末的作用是調(diào)節(jié)PH，生成TiO（OH）₂溶液．溶液Ⅱ中大量含有的陽(yáng)離子有TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺．
（3）TiCl₄→Ti反應(yīng)后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti．
①寫出由TiO₂制取TiCl₄的化學(xué)方程式TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
②依據(jù)如表信息，需加熱的溫度略高于1412℃即可．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點(diǎn)/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點(diǎn)/℃	136.4	1090	1412	3287

（4）為了測(cè)定綠礬（FeSO₄•7H₂O）的含量，稱取2.850g綠礬樣品配置成250mL溶液，取25.00mL用0.01mol/L酸性KMnO₄溶液進(jìn)行滴定（5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．消耗KMnO₄溶液的體積為20mL計(jì)算上述樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97.5%．

Answer 1

分析 鈦鐵礦先用濃氫氧化鈉溶液溶解，Al₂O₃、SiO₂發(fā)生反應(yīng)，過濾分離，鈦鐵礦精礦用濃硫酸溶解得到強(qiáng)酸溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等，加入過量鐵粉還原鐵離子，過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到綠礬，過濾得到溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺等離子，再加入碳酸鈉析出TiO（OH）₂，加熱煅燒得到TiO₂，加入氯氣、過量碳高溫反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應(yīng)得到氯化鎂和鈦金屬．
（1）步驟I中氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與水，二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉與水；
（2）a．由溶度積可知，步驟II加入鐵屑，將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，防止Fe³⁺與TiO²⁺同時(shí)生成沉淀；
b．溶液Ⅱ中大量含有的陽(yáng)離子有 TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺；
（3）①TiO₂與氯氣、過量碳高溫加熱反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳；
②TiCl₄→Ti反應(yīng)后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，由物質(zhì)的熔沸點(diǎn)，可知應(yīng)加熱使Mg、MgCl₂轉(zhuǎn)化為蒸汽，而Ti不能轉(zhuǎn)化為蒸汽；
（4）根據(jù)離子方程式計(jì)算25mL溶液中FeSO₄的物質(zhì)的量，再計(jì)算2.850g樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：鈦鐵礦先用濃氫氧化鈉溶液溶解，Al₂O₃、SiO₂發(fā)生反應(yīng)，過濾分離，鈦鐵礦精礦用濃硫酸溶解得到強(qiáng)酸溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等，加入過量鐵粉還原鐵離子，過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到綠礬，過濾得到溶液中主要含有TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺等離子，再加入碳酸鈉析出TiO（OH）₂，加熱煅燒得到TiO₂，加入氯氣、過量碳高溫反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應(yīng)得到氯化鎂和鈦金屬．
（1）步驟I中氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與水，二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉與水，反應(yīng)離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（2）a．由溶度積可知，步驟II加入鐵屑原因是：將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，防止Fe³⁺與TiO²⁺同時(shí)生成沉淀，
故答案為：將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，防止Fe³⁺與TiO²⁺同時(shí)生成沉淀；
b．溶液Ⅱ中大量含有的陽(yáng)離子有 TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺，
故答案為：TiO²⁺、Fe²⁺、H⁺；
（3）①TiO₂與氯氣、過量碳高溫加熱反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，反應(yīng)方程式為：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案為：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
②TiCl₄→Ti反應(yīng)后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，由物質(zhì)的熔沸點(diǎn)，可知應(yīng)加熱使Mg、MgCl₂轉(zhuǎn)化為蒸汽，而Ti不能轉(zhuǎn)化為蒸汽，需加熱的溫度略高于1412℃即可，
故答案為：1412；
（4）由5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可知25mL溶液中FeSO₄的物質(zhì)的量為5×0.02L×0.01mol/L=0.001mol，則2.850g樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量為0.001mol×$\frac{250mL}{25mL}$×278g/mol=2.78g，故樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{2.78g}{2.850g}$×100%=97.5%．
故答案為：97.5%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)準(zhǔn)備工藝流程，涉及對(duì)操作與原理的分析評(píng)價(jià)、物質(zhì)的分離提純、陌生方程式的書寫、物質(zhì)含量測(cè)定、對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)用用等，側(cè)重考查學(xué)生的閱讀獲取信息、分析解決問題的能力，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查．