Question

金屬鈦素有“太空金屬”、“未來金屬”等美譽．工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦并得到副產(chǎn)品FeSO₄?7H₂O（綠礬）的工藝流程如下圖所示．

已知：TiO²⁺在一定條件下會發(fā)生水解；鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃），含有少量SiO₂雜質(zhì)；其中一部分鐵元素在鈦鐵礦處理過程中會轉(zhuǎn)化為+3價．
（1）黑鈦液中生成的主要陽離子有TiO²⁺和Fe²⁺，寫出步驟①化學反應方程式：

 

；步驟②中，加入鐵粉的主要目的是

 

．
（2）步驟③中，實現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的

 

（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）步驟②、③、④中，均涉及到的操作是

 

（填操作名稱）；在實驗室完成步驟⑤“灼燒”所需主要儀器有

 

．
（4）請結(jié)合化學用語用化學平衡理論解釋步驟④中將TiO²⁺轉(zhuǎn)化為Ti（OH）₄的原因：

 

．
（5）可以利用生產(chǎn)過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應生產(chǎn)硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），該反應的離子方程式為

 

．
（6）實驗室通過下面方法可測定副產(chǎn)品綠礬中FeSO₄?7H₂O的質(zhì)量分數(shù)．
a．稱取2.85g綠礬產(chǎn)品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
b．量取25.00mL待測溶液于錐形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01mol/LKMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為19.00mL（滴定時發(fā)生反應的離子方程式為：Fe²⁺+MnO₄^-+H⁺→Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O 未配平 ）．
計算上述樣品中FeSO₄?7H₂O的質(zhì)量分數(shù)為

 

（用小數(shù)表示，保留二位小數(shù)）．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用,探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗設計題

分析：流程分析：第①步加酸溶解生成TiO²⁺和Fe²⁺，第②步加鐵粉還原Fe³⁺，過濾除去濾渣，第③步冷卻結(jié)晶，過濾得到FeSO₄?7H₂O和含有TiO²⁺的溶液；第④步調(diào)節(jié)PH，使TiO²⁺水解生成Ti（OH）₄，過濾得到Ti（OH）₄；第⑤步Ti（OH）₄受熱分解生成化生成TiO₂．
（1）FeTiO₃與H₂SO₄反應生成FeSO₄、TiOSO₄和H₂O；
（2）步驟③中，利用綠礬與TiOSO₄的溶解性的差異實現(xiàn)混合物的分離；
（3）步驟②、③、④中均為分離固液混合物的操作；灼燒固體在坩堝中進行；
（4）升高溫度促進水解平衡正移；
（5）生產(chǎn)過程中的廢液含有Fe²⁺，與MnO₂發(fā)生氧化還原反應；
（6）依據(jù)滴定實驗的反應終點時發(fā)生的反應進行計算，依據(jù)鐵元素守恒，結(jié)合滴定過程的反應離子方程式計算得到．

解答： 解：流程分析：第①步加酸溶解生成TiO²⁺和Fe²⁺，第②步加鐵粉還原Fe³⁺，過濾除去濾渣，第③步冷卻結(jié)晶，過濾得到FeSO₄?7H₂O和含有TiO²⁺的溶液；第④步調(diào)節(jié)PH，使TiO²⁺水解生成Ti（OH）₄，過濾得到Ti（OH）₄；第⑤步Ti（OH）₄受熱分解生成化生成TiO₂．
（1）FeTiO₃與H₂SO₄反應生成FeSO₄、TiOSO₄和H₂O，則其化學反應方程式為：FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；亞鐵離子易被氧化，則加入鐵粉的主要目的是將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺并防止Fe²⁺被氧化；
故答案為：FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺并防止Fe²⁺被氧化；
（2）步驟③中，利用綠礬與TiOSO₄的溶解性的差異實現(xiàn)混合物的分離，把混合物的溶液冷卻結(jié)晶得到綠礬固體，故答案為：b；
（3）步驟②、③、④中均為分離固液混合物的操作，則操作為過濾；灼燒固體一般在坩堝中進行，故答案為：過濾；坩堝；
（4）TiO²⁺在一定條件下會發(fā)生水解生成Ti（OH）₄和氫離子，溶液中存在平衡：TiO²⁺+3H₂O Ti（OH）₄+2H⁺，升高溫度促進水解平衡正移，生成Ti（OH）₄；
故答案為：溶液中存在平衡：TiO²⁺+3H₂O Ti（OH）₄+2H⁺，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成Ti（OH）₄；
（5）生產(chǎn)過程中的廢液含有Fe²⁺，與MnO₂發(fā)生氧化還原反應生成硫酸錳，其反應的離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（6）5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
      5         1
   n（Fe²⁺）   0.01mol/L×0.019L
計算得到：n（Fe²⁺）=0.00095mol；
則250mL溶液中含F(xiàn)e²⁺為0.00095mol×

250

25

=0.0095mol；
FeSO₄?7H₂O物質(zhì)的量為0.0095mol，其質(zhì)量為0.0095mol×278g/mol=2.641g
綠礬的質(zhì)量分數(shù)=

2.641g

2.85g

=0.93，
故答案為：0.93．

點評：本題考查了物質(zhì)制備流程分析判斷，實驗基本操作，離子方程式的書寫，數(shù)據(jù)計算等，題目涉及的知識點較多，綜合性強，考查學生對所學知識的綜合應用能力，題目難度中等．