Question

钛白粉（金红石晶型 TiO₂）被广泛用于制造高级白色油漆。工业上以钛铁矿（主要成分为 FeTiO₃，含有 Fe₂O₃ 和 SiO₂ 等杂质）为原料制钛白粉的主要工艺如下：

回答下列问题：

（1）第②步所得滤渣的成分是________。

（2）操作④中需要控制条件以形成 TiO₂·nH₂O 溶胶，该工艺过程若要在实验室里完成，其中的“过滤”操作，可选用下列装置________（填选项）。

（3）第③步的实验操作是______、过滤，从而获得副产品 FeSO₄·7H₂O。

（4）为测定操作③所得滤液中TiO²⁺的浓度，取待测滤液10 mL 用蒸馏水稀释至100 mL，加入过量铝粉，充分振荡，使其完全反应：3TiO²⁺ + Al + 6H⁺ = 3Ti³⁺ + Al³⁺ + 3H₂O。过滤后，取出滤液20.00 mL（加铝粉时引起溶液体积的变化忽略不计），向其中滴加2～3 滴KSCN溶液作指示剂，用 0.1000 mol·L-1NH₄Fe(SO₄)₂ 标准溶液滴定至溶液出现红色，此时溶液中 Ti³⁺全部被氧化为 Ti⁴⁺，消耗标准液30.00mL。回答下列问题：

①下列操作会使所测 TiO²⁺浓度偏高的是______。

A. 在配制标准液的过程中，未洗涤烧杯和玻璃棒

B. 在配制标准液定容是俯视刻度线

C．用蒸馏水洗涤后未经润洗的滴定管取待测液

D．在滴定终点读数时仰视滴定管刻度线

②求得待测滤液中 TiO²⁺的物质的量浓度是______。

（5）科学家从电解冶炼铝的工艺中得到启发，找出了冶炼钛的新工艺—TiO₂ 直接电解法生产钛，电解质为熔融的氯化钙，原理如图所示。

写出阴极电极反应式___________。

Answer

Fe和SiO2C蒸发浓缩、冷却结晶AD1.500 mol·Lˉ1TiO2＋4e－=Ti＋2O2－

【解析】

(1)钛铁矿中含有的 SiO2 不溶于硫酸，加混合液中加入了过量的Fe粉，还原溶液中的Fe3+，则第②步所得滤渣的成分是SiO2 和过量的Fe；

(2)操作④中需要控制温度以形成 TiO2·nH2O 溶胶，则应选择保温漏斗完成“过滤”操作，故选项C符合题意，答案为C。

(3)将第②步所得滤液通过蒸发 蒸发浓缩、冷却结晶，再过滤，可得到FeSO4·7H2O；

(4)①A．在配制标准液的过程中，未洗涤烧杯和玻璃棒，标准液的浓度降低，消耗的标准液体积增大，导致所测 TiO2+浓度偏高，故A正确；B．在配制标准液定容是俯视刻度线，溶液体积偏小，标准液的浓度降大，消耗的标准液体积减小，导致所测 TiO2+浓度偏低，故B错误；C．用蒸馏水洗涤后未经润洗的滴定管取待测液，待测液被水稀释，浓度偏低，故C错误；D．在滴定终点读数时仰视滴定管刻度线，标准液的体积偏大，导致所测 TiO2+浓度偏高，故D正确；答案为AD。

②消耗标准液的物质的量为 0.1000 mol·L-1×0.03 L=3×10-3 mol，根据电子守恒，可知溶液中Ti3+的物质的量为3×10-3 mol，即滤液中TiO2+的物质的量为3×10-3 mol，滤液中 TiO2+的物质的量浓度是3×10-3 mol÷0.02 L=1.500 mol·Lˉ1；

(5)电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，和电源负极相连，电极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-。

点睛：以金属的冶炼为载体，考查化学工艺流程、电解原理、离子浓度大小比较、信息获取等问题，其中流程分析为解题关键；钛铁矿用硫酸溶解，得到溶液中含有TiO2+、Fe2+、Fe3+，加入Fe粉将Fe3+还原为Fe2+，过滤除去不溶物，滤液冷却结晶析出硫酸亚铁晶体，过滤分离，滤液中经过系列转化得到TiO2。