Question

（14分）金属钛素有“太空金属”、“未来金属”等美誉。工业上，以钛铁矿为原料制备二氧化钛并得到副产品FeSO₄·7H₂O(绿矾)的工艺流程如下图所示。 

已知：TiO²⁺在一定条件下会发生水解；钛铁矿主要成分为钛酸亚铁（FeTiO₃），含有少量SiO₂杂质；其中一部分铁元素在钛铁矿处理过程中会转化为+3价。

（1）黑钛液中生成的主要阳离子有TiO²⁺和Fe²⁺，写出步骤①化学反应方程式：_________；

步骤②中，加入铁粉的主要目的是　　　　　　　。

（2）步骤③中，实现混合物的分离是利用物质的　　　 （填字母序号）。

　　a．熔沸点差异　　　　b．溶解性差异　　　 c．氧化性、还原性差异

（3）步骤②、③、④中，均涉及到的操作是　　　　　　 （填操作名称）；在实验室完成步骤⑤“灼    烧”所需主要仪器有                  。

（4）请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中将TiO²⁺转化为Ti(OH)₄ 的原因:

　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（5）可以利用生产过程中的废液与软锰矿（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　　　         　　　　。

（6）实验室通过下面方法可测定副产品绿矾中FeSO₄·7H₂O的质量分数。

    a．称取2.85g绿矾产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b．量取25．00mL待测溶液于锥形瓶中；c．用硫酸酸化的0.01mol/LKMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为19．00mL（滴定时发生反应的离子方程式为：Fe²⁺＋MnO₄^-＋H⁺→Fe³⁺＋Mn²⁺＋H₂O  未配平 ）。

  计算上述样品中FeSO₄·7H₂O的质量分数为          （用小数表示，保留二位小数）。

Answer

（14分）（1）FeTiO3＋2H2SO4===FeSO4＋TiOSO4＋2H2O； （2分）

将Fe3+转化为Fe2+并防止Fe2＋被氧化 （2分）

（2）b （1分）

（3）过滤 （1分） 坩埚（酒精灯、三脚架、泥三角不填不扣分，填错扣分，“坩埚”错别字不给分）（2分）

（4）溶液中存在平衡：TiO2+ + 3H2O Ti(OH)4 + 2H+，当加入热水稀释、升温后，

平衡正向移动，生成Ti(OH)4。 （2分）

（5）MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O （2分）

（6） 0.93（2分）

【解析】

试题分析：（1）钛铁矿主要成分为钛酸亚铁（FeTiO3），酸溶后得TiO2+和Fe2+，所以步骤①化学反应方程式为：FeTiO3＋2H2SO4===FeSO4＋TiOSO4＋2H2O；因为一部分铁元素在钛铁矿处理过程中会转化为+3价，所以加入铁粉目的是将Fe3+转化为Fe2+并防止Fe2＋被氧化；

（2）步骤③中，冷却、结晶将物质分离，是利用了物质的溶解性的不同，所以答案选b；

（3）步骤②、③、④中都是固、液分离，所以涉及到的操作是过滤；步骤⑤“灼烧”所需主要仪器有坩埚、酒精灯、三脚架、泥三角；

（4）步骤④溶液中存在平衡：TiO2+ + 3H2O Ti(OH)4 + 2H+，水解反应是吸热反应，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成Ti(OH)4。

（5）废液中含有未结晶的Fe2+，与二氧化锰发生氧化还原反应，生成Fe3+、Mn2+ ，离子方程式为MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O ；

（6）根据得失电子守恒规律，n(FeSO4·7H2O)=5n(KMnO4),250mL的溶液中n(FeSO4·7H2O)=19．00×10-3L×0.01mol/L×10×5=9．5×10-3mol，所以绿矾样品中FeSO4·7H2O的质量分数为9．5×10-3mol×278g/mol÷2.85g=0.93。

考点：考查对工业流程的分析，仪器的选择，化学平衡的移动，化学方程式、离子方程式的书写，氧化还原反应的计算，操作判断