Question

我国钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，还含有Al₂O₃、SiO₂等）的储量居世界首位，用钛铁矿制取TiO₂和副产品硫酸亚铁晶体的流程如下：

已知：Al（OH）₃的K_sp=1.3×10^-33，Fe（OH）₂的K_sp=1.6×10^-14．
（1）滤液I主要含有TiO²⁺、SO₄^2-、Fe²⁺、

 

（填离子符号）；
（2）调节pH应最好使用

 

；
A．Fe              B．Ca（OH）₂          C．NH₃?H₂O           D．NaOH
（3）操作Ⅱ是指

 

洗涤、干燥．
（4）步骤②中发生的化学反应方程式为：

 

；考虑成本和废物综合利用等因素，生产过程中产生的废液中应加入

 

处理较合理．
（5）实验室通常将硫酸亚铁进一步制备为硫酸亚铁铵晶体[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂?6H₂O]以利保存，制备方法被收入中学《实验化学》教材中；专家测定晶体含量的办法是：准确称取m g产品溶解定容至250.00mL，移取25.00mL于锥形瓶中，用c mol?L^-1的标准KMnO₄溶液滴定至

 

，记录消耗KMnO₄溶液的体积为V mL；此时发生的反应为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，（已知硫酸亚铁铵晶体的相对分子质量为392），则产品中硫酸亚铁铵晶体纯度的计算式可表达为：w%=

 

．

Answer 1

分析：（1）根据钛铁矿的主要成分为FeTiO₃，还含有Al₂O₃、SiO₂等分析；
（2）调节pH时所用试剂只能与氢离子反应，不能与其它离子反应，也不能引入新的杂质；
（3）从溶液中提取溶质，应该先蒸发浓缩，再冷却结晶，最后洗涤干燥；
（4）步骤②中 TiOSO₄发生水解反应生成H₂TiO₃，废液中含有硫酸，所以可加入碳酸钙处理；
（5）用标准KMnO₄溶液滴定硫酸亚铁铵时，达到终点溶液为淡红色；先根据方程式求出硫酸亚铁铵的质量，再求出质量分数．

解答：解：（1）已知钛铁矿的主要成分为FeTiO₃，还含有Al₂O₃、SiO₂等，与稀硫酸反应后，滤液I主要含有TiO²⁺、SO₄^2-、Fe²⁺、Al³⁺、H⁺，SiO₂与稀硫酸不反应，
故答案为：Al³⁺、H⁺；
（2）调节pH时所用试剂只能与氢离子反应，不能与其它离子反应，也不能引入新的杂质，Ca（OH）₂、NH₃?H₂O、NaOH都能与二价铁离子反应生成沉淀，同时会引入杂质，所以只能选择Fe来调节pH，
故答案为：A；
（3）从溶液中提取溶质，应该先蒸发浓缩，再冷却结晶，最后洗涤干燥，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）步骤②中 TiOSO₄发生水解反应生成H₂TiO₃，其反应方程式为：TiOSO₄+2H₂O?H₂TiO₃+H₂SO₄；废液中含有硫酸，可加入碳酸钙能消耗硫酸，而且碳酸钙的来源较广，成本低，
故答案为：TiOSO₄+2H₂O?H₂TiO₃+H₂SO₄；碳酸钙；
（5）用标准KMnO₄溶液滴定硫酸亚铁铵时，当溶液变为淡红色而且半分钟内不变色即是达到终点；
反应消耗的高锰酸钾为n（KMnO₄）=c mol?L^-1×V×10^-3L=cV×10^-3mol，已知发生的反应为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，则n（Fe²⁺）=5n（KMnO₄）=5cV×10^-3mol，所以原来晶体中所含硫酸亚铁铵晶体[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂?6H₂O]的物质的量为n=

250

25

×5cV×10^-3mol=5cV×10^-2mol，
所以硫酸亚铁铵晶体[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂?6H₂O]的质量为：m=nM=5cV×10^-2mol×392g/mol，
故产品中硫酸亚铁铵晶体纯度为：

5×392cV

m

%；
故答案为：溶液显淡红色，半分钟内不变色；

5×392cV

m

%．

点评：本题考查了工艺流程图，涉及离子反应、水解原理、中和滴定原理等方面的知识，属于综合知识的考查，难度较大．