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4.工業(yè)上由鈦鐵礦(FeTiO3)(含F(xiàn)e2O3、SiO2等雜質(zhì))制備TiO2的有關反應包括:
酸溶FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O(l)
水解TiOSO4(aq)+2H2O(l)$\frac{\underline{\;90℃\;}}{\;}$H2TiO3(s)+H2SO4(aq)
簡要工藝流程如圖:
![](http://thumb.zyjl.cn/pic3/quiz/images/201604/244/2b50e96d.png)
(1)為提高鈦鐵礦的浸出率,請寫出兩條合理的措施攪拌或適當提高酸的濃度或加熱或?qū)⒌V石粉碎或延長浸取時間.
(2)酸溶后所得到的礦渣的主要成分是SiO2.
(3)試劑A為鐵粉.鈦液Ⅰ需冷卻至70°C左右,若溫度過高會導致產(chǎn)品收率降低,原因是由于TiOSO4容易水解,若溫度過高,則會有較多TiOSO4水解為固體H2TiO3而經(jīng)過濾進入FeSO4•7H2O中導致TiO2產(chǎn)率降低.
(4)從鈦液Ⅰ中獲得FeSO4•7H2O晶體的操作Ⅰ步驟為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶,過濾.
(5)取少量酸洗后的H2TiO3,加入鹽酸并振蕩,滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象,再加H2O2后出現(xiàn)微紅色,說明H2TiO3中存在的雜質(zhì)離子是Fe2+.這種H2TiO3用水充分洗滌,鍛燒后獲得的TiO2顏色發(fā)黃,發(fā)黃的雜質(zhì)是Fe2O3(填化學式).
(6)FeSO4•7H2O晶體可用于生產(chǎn)紅色顏料(Fe2O3),其方法是:將556akgFeSO4•7H2O晶體(摩爾質(zhì)量為278g/mol)溶于水中,加入適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應,鼓入足量空氣攪拌,產(chǎn)生紅褐色膠體;再向紅褐色膠體中加入3336bkgFeSO4•7H2O晶體和112ckg鐵粉,鼓入足量空氣攪拌.反應完成后,有大量Fe2O3附著在膠體粒子上以沉淀形式析出;過濾后,沉淀經(jīng)高溫灼燒得紅色顏料.若所得濾液中溶質(zhì)只有硫酸鈉和硫酸鐵,則理論上可生產(chǎn)紅色顏料160a+320b+160ckg.
分析 鈦鐵礦(FeTiO3)(含F(xiàn)e2O3、SiO2等雜質(zhì))加入硫酸溶解過濾得到鈦液Ⅰ和礦渣為二氧化硅,在70°C的鈦液Ⅰ中加入試劑A為Fe粉,還原鐵離子為亞鐵離子,通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌從鈦液Ⅰ中獲得FeSO4•7H2O晶體,得到鈦液Ⅱ加熱水解過濾得到H2TiO3,酸洗、水洗、干燥、煅燒得到TiO2,
(1)為提高鈦鐵礦的浸出率,可以利用攪拌、升溫、增大濃度或增大接觸面積等措施;
(2)鈦鐵礦(FeTiO3)(含F(xiàn)e2O3、SiO2等雜質(zhì))加入酸溶解,二氧化硅不溶于酸,過濾得到濾渣為二氧化硅;
(3)加入硫酸后FeTiO3、Fe2O3溶解,SiO2不反應,過濾除去SiO2,由于亞鐵離子易被氧化,鈦液I加入試劑A,將溶液中Fe3+還原為Fe2+,超過90℃TiOSO4(aq)水解得到H2TiO3(s),冷卻至70℃左右結晶出硫酸亞鐵晶體,過濾分離出硫酸亞鐵晶體,鈦液Ⅱ水解析出H2TiO3(s),洗滌、干燥、灼燒得到TiO2;
(4)濾液中獲得晶體的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌;
(5)取少量酸洗后的H2TiO3,加入鹽酸并振蕩,滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象,再加H2O2后出現(xiàn)微紅色,說明H2TiO3中存在的雜質(zhì)離子是亞鐵離子,直接水洗時Fe2+會水解得到氫氧化亞鐵,氧化得到氫氧化鐵,灼燒氫氧化鐵分解得到氧化鐵;
(6)考慮最后溶質(zhì)是只有硫酸鈉和硫酸鐵,根據(jù)開始加入A為2a×103mol加入適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應.,說明加入氫氧化鈉的物質(zhì)的量為4a×103mol,后來又加入12b×103mol的A,和2c×103mol的鐵.根據(jù)電荷守恒,溶質(zhì)中硫酸鈉消耗硫酸根離子為2a×103mol,.而溶液中加入的硫酸根離子物質(zhì)的量共計為(2a+12b)×103mol,這樣剩下的硫酸根就與鐵離子結合.可知消耗鐵離子為8b×103mol,根據(jù)鐵元素守恒.
解答 解:(1)為提高鈦鐵礦的浸出率,合理的措施可以利用攪拌、升溫、增大濃度或增大接觸面積等措施,
故答案為:攪拌或適當提高酸的濃度或加熱或?qū)⒌V石粉碎或延長浸取時間;
(2)鈦鐵礦(FeTiO3)(含F(xiàn)e2O3、SiO2等雜質(zhì))加入酸溶解,二氧化硅不溶于酸,過濾得到濾渣為二氧化硅,
故答案為:SiO2;
(3)因為礦石經(jīng)硫酸溶解后得到的Fe2(SO4)3,而后面過濾得到的是FeSO4•7H2O,所以試劑A是鐵粉,由于TiOSO4容易水解,若溫度過高,則會有較多TiOSO4水解為固體H2TiO3,經(jīng)過濾進入FeSO4•7H2O中,導致產(chǎn)品TiO2產(chǎn)率降低,
故答案為:鐵粉;由于TiOSO4容易水解,若溫度過高,則會有較多的TiOSO4水解為固體H2TiO3,而經(jīng)過濾進入FeSO4•7H2O中,導致TiO2產(chǎn)率降低;
(4)濾液中獲得晶體的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌,從鈦液Ⅰ中獲得FeSO4•7H2O晶體的操作Ⅰ步驟為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶,
故答案為:蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶;
(5)取少量酸洗后的H2TiO3,加入鹽酸并振蕩,滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象,再加H2O2后出現(xiàn)微紅色,說明H2TiO3中存在的雜質(zhì)離子是Fe2+離子,直接水洗時Fe2+會水解得到氫氧化亞鐵,氧化得到氫氧化鐵,灼燒氫氧化鐵分解得到氧化鐵,煅燒后獲得的TiO2發(fā)黃的雜質(zhì)是Fe2O3,
故答案為:Fe2+;Fe2O3;
(6)依題意A與適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應,F(xiàn)eSO4+2NaOH=Na2SO4+Fe(OH)2↓,根據(jù)開始加入A為2a×103mol,可知加入氫氧化鈉為4a×103mol;后來又加入12b×103mol的A和2c×103mol的鐵,由Na2SO4 、FeSO4、Fe2(SO4)3、Fe2O3等化學式的定量組成和守恒思想分別可求得以下各量:利用Na+離子守恒,n(NaOH)=2n(Na2SO4),可知Na2SO4物質(zhì)的量為2a×103mol;利用SO42-離子守恒,n(FeSO4)=n(Na2SO4)+3n[Fe2(SO4)3],可知Fe2(SO4)3物質(zhì)的量為(2a+12b-2a)×103mol×$\frac{1}{3}$=4b×103mol;利用Fe元素守恒,n(FeSO4)+n(Fe)=2 n[Fe2(SO4)3]+2n(Fe2O3),可知n(Fe2O3)=(2a+12b+2c-4b×2)×103mol×$\frac{1}{2}$=(a+2b+c)×103mol,計算得m(Fe2O3)=(160a+320b+160c)kg,
故答案為:160a+320b+160c.
點評 本題屬于化學工藝流程題目,涉及對操作與試劑的分析評價、對原理的分析評價、物質(zhì)的分離提純等,需要學生熟練掌握元素化合物知識,培養(yǎng)了學生實驗能力、知識遷移應用能力,難度中等.
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科目:高中化學
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題型:解答題
14.短周期元素W、X、Y、Z在元素周期表中的位置如圖所示.其中Z的單質(zhì)是一種重要半導體材料.廣泛應用于電子工業(yè)的各個領域.
W X Y Z
(1)W在元素周期表中的位置是第二周期第ⅣA族;
(2)W、X、氫元素形成的三原子分子的電子式
;
(3)下列選項中,能證明元素非金屬性X強于W的是CD;
A.原子序數(shù):X>W(wǎng)
B.最低化合價:X>W(wǎng)
C.最簡單氫化物的穩(wěn)定性:X>W(wǎng)
D.最高價氧化物的水化物酸性:X>W(wǎng)
(4)元素周期表中與Z同周期的某金屬元素形成的單質(zhì)A,可發(fā)生如圖所示的轉(zhuǎn)化:
![](http://thumb.zyjl.cn/pic3/quiz/images/201604/240/96fd059b.png)
其中化合物D是一種白色沉淀,則B中溶質(zhì)的化學式為NaAlO2;B與C也可直接轉(zhuǎn)化生成D,寫出對應的離子方程式為Al3++6H2O+3AlO2-=4Al(OH)3↓.
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科目:高中化學
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題型:選擇題
15.若NA表示阿伏伽德羅常數(shù),下列說法正確的是( �。�A. 1molCl2的體積為22.4L B. 在0℃101KPa時,22.4L氫氣中含有NA個氫原子 C. 14g氮氣中含有7NA個電子 D. NA個CO和0.5molCH4的質(zhì)量比為7:4
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科目:高中化學
來源:
題型:選擇題
12.幾種短周期元素的主要化合價及原子的原子半徑數(shù)據(jù)見表:
元素代號 L M Q R T 主要化合價 +2 +3 +6、-2 +7、-1 -2 原子半徑/nm 0.160 0.143 0.102 0.099 0.074
據(jù)表中信息判斷,下列有關敘述中,正確的是( �。�A. M與T形成的化合物和強酸、強堿均能反應 B. L、M的單質(zhì)分別與同濃度的稀鹽酸反應時,M的單質(zhì)反應更劇烈 C. Q元素在自然界中只能以化合態(tài)形式存在 D. L與R兩元素形成的化合物中,含有共價鍵
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科目:高中化學
來源:
題型:選擇題
9.
甲、乙、丙、丁、戊五種物質(zhì)中,甲、乙、丙中均含有某種相同的元素,它們之間具有如圖所示轉(zhuǎn)化關系(反應條件及部分產(chǎn)物已略去).下列有關物質(zhì)的推斷不正確的是( )
選項 假設 結論 A 甲為Al(OH)3 丁可能是鹽酸 B 甲為Na2CO3溶液 戊可能是CO2 C 甲為Fe 丁可能是鹽酸 D 甲為N2 戊可能是氧氣
A. A B. B C. C D. D
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科目:高中化學
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題型:解答題
16.在電解冶煉鋁的過程中加入冰晶石,可起到降低Al2O3熔點的作用.冰晶石的生產(chǎn)原理為2Al(OH)3+12HF+3Na2CO3═2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O.根據(jù)題意完成下列填空:
(1)冰晶石的晶體不導電,但熔融時能導電,則在冰晶石晶體中存在abc(填序號).
a.離子鍵 b.極性鍵 c.配位鍵 d.范德華力
(2)CO2分子的空間構型為直線形,中心原子的雜化方式為sp,和CO2 互為等電子體的氧化物是N2O.
(3)反應物中電負性最大的元素為F(填元素符號),寫出其原子最外層的電子排布圖:
.
(4)冰晶石由兩種微粒構成,冰晶石的晶胞結構如圖甲所示,●位于大立方體的頂點和面心,○位于大立方體的12條棱的中點和8個小立方體的體心,那么大立方體的體心處所代表的微粒是Na+(填具體的微粒符號).
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(5)Al單質(zhì)的晶體中原子的堆積方式如圖乙所示,其晶胞特征如圖丙所示,原子之間相互位置關系的平面圖如圖丁所示:
若已知Al的原子半徑為d cm,NA代表阿伏伽德羅常數(shù),Al的相對原子質(zhì)量為M,則一個晶胞中Al原子的數(shù)目為4個;Al晶體的密度為$\frac{M}{4\sqrt{2}{a}^{3}{N}_{A}}$g.cm-3(用字母表示).
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科目:高中化學
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題型:選擇題
13.下列說法正確的是( �。�A. ![](http://thumb.zyjl.cn/pic3/quiz/images/201604/251/a2e27af8.png)
用如圖所示裝置測定空氣中甲醛含量,若抽氣速度過快會導致測定的甲醛含量偏低B. 溶質(zhì)的溶解度越大,溶液的濃度越高,溶劑的蒸發(fā)速度越快,溶液的冷卻速度越快,析出的晶體就越細小 C. 將20g硝酸鈉和17g氯化鉀放入100ml燒杯中,加35mL水,并加熱、攪拌,使溶液濃縮至約為原來的一半時,趁熱過濾即可得到硝酸鉀晶體 D. 用移液管取液后,將移液管垂直伸入容器里面,松開食指使溶液全部流出,數(shù)秒后取出
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科目:高中化學
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題型:選擇題
14.環(huán)丙叉環(huán)丙烷(A)由于其特殊的電子結構,一直受到結構和理論化學家的注意,由于缺乏有效的合成途徑,一度延緩對其反應的研究,直到1993年出現(xiàn)了可以大量制備的方法.根據(jù)下列轉(zhuǎn)化,判斷下列說法正確的是( �。�
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A. A的所有原子都在一個平面內(nèi) B. 反應①是加成反應 C. 反應②是消去反應 D. A的二取代產(chǎn)物只有1種
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