Question

（14分）金屬鈦素有“太空金屬”、“未來(lái)金屬”等美譽(yù)。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(huì)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(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)化為+3價(jià)。
（1）黑鈦液中生成的主要陽(yáng)離子有TiO²⁺和Fe²⁺，寫出步驟①化學(xué)反應(yīng)方程式：_________；
步驟②中，加入鐵粉的主要目的是　　　　　　　。
（2）步驟③中，實(shí)現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的　　　 （填字母序號(hào)）。
　　a．熔沸點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室完成步驟⑤“灼   燒”所需主要儀器有                 。
（4）請(qǐng)結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)用化學(xué)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(guò)程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應(yīng)生產(chǎn)硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），該反應(yīng)的離子方程式為　　　        　　　　。
（6）實(shí)驗(yàn)室通過(guò)下面方法可測(cè)定副產(chǎn)品綠礬中FeSO₄·7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?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(cè)溶液于錐形瓶中；c．用硫酸酸化的0.01mol/LKMnO₄溶液滴定至終點(diǎn)，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為19．00mL（滴定時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Fe²⁺＋MnO₄^-＋H⁺→Fe³⁺＋Mn²⁺＋H₂O 未配平 ）。
計(jì)算上述樣品中FeSO₄·7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為         （用小數(shù)表示，保留二位小數(shù)）。

Answer 1

（14分）（1）FeTiO₃＋2H₂SO₄===FeSO₄＋TiOSO₄＋2H₂O； （2分）
將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺并防止Fe^2＋被氧化 （2分）
（2）b　 （1分）　　　　　　　　　　　　　　
（3）過(guò)濾 （1分）  坩堝（酒精燈、三腳架、泥三角不填不扣分，填錯(cuò)扣分，“坩堝”錯(cuò)別字不給分）（2分）
（4）溶液中存在平衡：TiO²⁺ + 3H₂O Ti(OH)₄ + 2H⁺，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，
平衡正向移動(dòng)，生成Ti(OH)₄�！。�2分）
（5）MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ ="==" Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O  （2分）
（6）   0.93（2分）

試題分析：（1）鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃），酸溶后得TiO²⁺和Fe²⁺，所以步驟①化學(xué)反應(yīng)方程式為：FeTiO₃＋2H₂SO₄===FeSO₄＋TiOSO₄＋2H₂O；因?yàn)橐徊糠骤F元素在鈦鐵礦處理過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)化為+3價(jià)，所以加入鐵粉目的是將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺并防止Fe^2＋被氧化；
（2）步驟③中，冷卻、結(jié)晶將物質(zhì)分離，是利用了物質(zhì)的溶解性的不同，所以答案選b；
（3）步驟②、③、④中都是固、液分離，所以涉及到的操作是過(guò)濾；步驟⑤“灼燒”所需主要儀器有坩堝、酒精燈、三腳架、泥三角；
（4）步驟④溶液中存在平衡：TiO²⁺ + 3H₂O Ti(OH)₄ + 2H⁺，水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成Ti(OH)₄。
（5）廢液中含有未結(jié)晶的Fe²⁺，與二氧化錳發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成Fe³⁺、Mn²⁺，離子方程式為MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ ="==" Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O ；
（6）根據(jù)得失電子守恒規(guī)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，所以綠礬樣品中FeSO₄·7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9．5×10^-3mol×278g/mol÷2.85g=0.93。