Question

18．納米TiO₂在涂料、光催化、化妝品等領域有著極其廣泛的應用．如圖所示的流程是制備納米TiO₂以及獲得副產(chǎn)品綠礬的方法之一：

（1）FeSO₄和Fe₂（SO₄）₃的混合溶液中加入鐵屑的目的是將Fe³⁺還原成Fe²⁺，除去Fe³⁺．
（2）檢驗綠礬晶體中是否含有Fe³⁺的實驗操作是取少量晶體于試管中，加適量蒸餾水溶解，再加入1-2滴KSCN溶液，若不變紅則無Fe³⁺，若變紅則有Fe³⁺．
（3）TiOSO₄水解生成H₂TiO₃的化學方程式為TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄；水解生成的H₂TiO₃經(jīng)過濾、洗滌等操作，再煅燒得到TiO₂．
（4）為測得TiO₂樣品中TiO₂的含量，常在一定條件下將TiO₂溶解并還原為Ti³⁺以KSCN溶液作指示劑，用NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．
①請寫出滴定過程中反應的離子方程式：Ti³⁺+Fe³⁺=Fe²⁺+Ti⁴⁺、3SCN^-+Fe³⁺=Fe（SCN）₃；
②滴定終點的現(xiàn)象是滴入最后一滴NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液，錐形瓶內溶液剛好變紅色且半分鐘內顏色不發(fā)生變化；
③若滴定時，稱取TiO₂（摩爾質量為M g•mol^-1）試樣ωg，消耗c mol•L^-1NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液V mL，則TiO₂質量分數(shù)表達式為$\frac{cVM}{10w}%$．
（5）TiO₂與BaCO₃在熔融狀態(tài)下，可生成一種氣體和一種半導體材料．該半導體材料的化學式為BaTiO₃．

Answer 1

分析 磨碎的鈦鐵礦加入濃硫酸反應生成FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄、Ti（SO₄）₃，水溶過濾得到偏鈦酸沉淀和濾液硫酸亞鐵和硫酸鐵混合溶液，偏鈦酸分解生成二氧化鈦，濾液中加入過量鐵還原鐵離子為亞鐵離子，溶液濃縮蒸發(fā)，冷卻結晶，過濾洗滌得到綠礬晶體，
（1）FeSO₄和Fe₂（SO₄）₃的混合溶液中加入鐵屑還原鐵離子為亞鐵離子；
（2）依據(jù)鐵離子遇到硫氰酸鉀溶液變紅色設計實驗驗證；
（3）TiOSO₄水解生成H₂TiO₃和硫酸，過濾洗滌干燥灼燒得到二氧化鈦；
（4）①滴定過程中發(fā)生的反應是用NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液中鐵離子氧化性，滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺，最后滴入一滴標準溶液變紅色是鐵離子和SCN^-離子析出紅色溶液；
②利用滴入的NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液中的鐵離子，反應后結合SCN^-形成紅色溶液指示反應終點；
③依據(jù)滴定反應的定量關系計算；
（5）TiO₂與BaCO₃在熔融狀態(tài)下，可生成一種氣體和一種半導體材料，生成產(chǎn)物為BaTiO₃和氣體二氧化碳．

解答 解：（1）FeSO₄和Fe₂（SO₄）₃的混合溶液中加入鐵屑還原鐵離子為亞鐵離子，除去Fe³⁺，發(fā)生的反應離子方程式為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：將Fe³⁺還原成Fe²⁺，除去Fe³⁺；
（2）依據(jù)鐵離子遇到硫氰酸鉀溶液變紅色設計實驗驗證，檢驗綠礬晶體中是否含有Fe³⁺的實驗操作是：取少量晶體于試管中，加適量蒸餾水溶解，再加入1-2滴KSCN溶液，若不變紅則無Fe³⁺，若變紅則有Fe³⁺，
故答案為：取少量晶體于試管中，加適量蒸餾水溶解，再加入1-2滴KSCN溶液，若不變紅則無Fe³⁺，若變紅則有Fe³⁺；
（3）TiOSO₄水解生成H₂TiO₃和硫酸，反應的化學方程式為：TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄ ，水解生成的H₂TiO₃經(jīng)過濾、洗滌、干燥、灼燒得到二氧化鈦，
故答案為：TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄；過濾；洗滌；
（4）①滴定過程中發(fā)生的反應是用NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液中鐵離子氧化性，滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺，反應的離子方程式為：Ti³⁺+Fe³⁺=Fe²⁺+Ti⁴⁺，最后滴入一滴標準溶液變紅色是鐵離子和SCN^-離子析出紅色溶液，反應的離子方程式為：3SCN^-+Fe³⁺=Fe（SCN）₃，
故答案為：Ti³⁺+Fe³⁺=Fe²⁺+Ti⁴⁺；3SCN^-+Fe³⁺=Fe（SCN）₃；
②利用滴入的NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液中的鐵離子，反應后結合SCN^-形成紅色溶液指示反應終點，滴定終點的現(xiàn)象是滴入最后一滴NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液，錐形瓶內溶液剛好變紅色且半分鐘內顏色不發(fā)生變化，
故答案為：滴入最后一滴NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液，錐形瓶內溶液剛好變紅色且半分鐘內顏色不發(fā)生變化；
③稱取TiO₂（摩爾質量為M g•mol^-1）試樣ωg，物質的量=$\frac{wg}{Mg/mol}$，消耗c mol•L^-1NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液V mL，n（Fe³⁺）=cV×10^-3mol，Ti³⁺+Fe³⁺=Fe²⁺+Ti⁴⁺，
依據(jù)滴定反應的定量關系可知，n（Fe³⁺）=n（Ti³⁺）=cV×10^-3mol，則TiO₂質量分數(shù)表達式=$\frac{cV×1{0}^{-3}mol×Mg/mol}{wg}$×100%=$\frac{cVM}{10w}%$，
故答案為：$\frac{cVM}{10w}%$；
（5）TiO₂與BaCO₃在熔融狀態(tài)下，可生成一種氣體和一種半導體材料，生成產(chǎn)物半導體材料為BaTiO₃，氣體為二氧化碳，故答案為：BaTiO₃．

點評 本題考查了物質制備方法過程探究，物質性質和滴定實驗測定分析應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．