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5.钛铁矿的主要成分可表示为FeTiO3(Ti为+4价),某钛铁矿中含FeTiO3为76%.钛白粉在涂料、塑料、油墨、造纸等行业具有广泛的用途,钛白粉的主要成分为TiO2.利用该钛铁矿生产钛白粉及绿矾的工艺流程如下:

(1)若钛铁矿与浓硫酸反应时Ti 的转化率为92%,操作Ⅰ~Ⅳ中Ti的转化率均为96%,则1t该矿石可生产钛白粉(TiO2)0.31t (计算结果保留两位小数,下同),能否计算生成的绿矾(FeSO4•7H2O)的质量?在制备钛白粉的过程中没有给出钛铁矿与硫酸的反应,在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的转化率也是未知的,故不能计算绿矾的产量(能则写出计算结果,不能则说明理由).
(2)钛铁矿与硫酸的反应可表示为FeTiO3+H2SO4→TiOSO4+X+H2O(未配平).其中X的化学式为FeSO4
(3)操作Ⅰ的名称是过滤,操作Ⅱ包括冷却结晶、过滤、洗涤、干燥.操作Ⅱ中加入铁粉的目的是Fe+2Fe3+═3Fe2+ (用离子方程式表示).
(4)写出操作Ⅲ中TiOSO4水解的化学方程式:TiOSO4+2H2O═TiO(OH)2↓+H2SO4

分析 钛铁矿与硫酸反应:FeTiO3+H2SO4→TiOSO4+FeSO4+H2O,然后过滤出未被酸溶解的物质,将所得到的滤液中加入铁粉可以得到了绿矾,将滤液控制在一定的条件,让TiOSO4水解:TiOSO4+2H2O═TiO(OH)2↓+H2SO4,将过滤出的沉淀进行煅烧,可以得到钛白粉(TiO2).
(1)则根据元素守恒得:FeTiO3~TiO2,根据FeTiO3的质量1t×76%×92%×96%,来计算二氧化钛的质量;在制备钛白粉的过程中没有给出钛铁矿与硫酸的反应,在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的转化率也是未知的,故不能计算绿矾的产量;
(2)根据原子守恒可以得而X的化学式,存在元素的化合价改变的反应为氧化还原反应;
(3)从溶液中得到了没有与酸反应的颗粒状物质故所需的操作为过滤;从溶液中得到晶体的操作为结晶后过滤;铁粉与可能生成的+3价的铁反应生成+2价的铁;
(4)根据水解原理:TiOSO4水解时SO42-结合水电离的H+,TiO2+结合水电离的OH-来书写方程式.

解答 解:钛铁矿与硫酸反应:FeTiO3+H2SO4→TiOSO4+FeSO4+H2O,然后过滤出未被酸溶解的物质,将所得到的滤液中加入铁粉可以得到了绿矾,将滤液控制在一定的条件,让TiOSO4水解:TiOSO4+2H2O═TiO(OH)2↓+H2SO4,将过滤出的沉淀进行煅烧,可以得到钛白粉(TiO2).
(1)设得到二氧化钛的质量是m,则根据元素守恒得:
                   FeTiO3~TiO2
                  152        80
           1t×76%×92%×96%  m
m=0.31t,在制备钛白粉的过程中没有给出钛铁矿与硫酸的反应,在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的转化率也是未知的,故不能计算绿矾的产量;
故答案为:0.31;在制备钛白粉的过程中没有给出钛铁矿与硫酸的反应,在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的转化率也是未知的,故不能计算绿矾的产量;
(2)在FeTiO3中Ti为+4价故Fe为+2价,反应后铁元素的化合价没有发生改变,钛元素化合价也没有发生改变,其他元素的化合价都没发生改变,故此反应为非氧化还原反应,根据原子守恒可以得而X的化学式为FeSO4
故答案为:FeSO4
(3)在操作I从溶液中得到了没有与酸反应的颗粒状物质故所需的操作为过滤;在操作II加入铁粉后得到了绿矾,故应是从溶液中得到晶体的操作为结晶后过滤;在操作II加入铁粉的目的是为了防止在制备过程中钛铁矿+2价的铁生成+3价的铁使制备的绿矾中含有杂质,故应加入铁粉与可能生成的+3价的铁反应生成+2价的铁,
故答案为:过滤;过滤、洗涤、干燥;Fe+2Fe3+═3Fe2+
(4)TiOSO4水解时SO42-结合水电离的H+,TiO2+结合水电离的OH-,故反应为TiOSO4+2H2O═TiO(OH)2↓+H2SO4
故答案为:TiOSO4+2H2O═TiO(OH)2↓+H2SO4

点评 本题考查物质的制备实验方案的设计,题目难度中等,试题侧重于学生的分析能力和实验能力的考查,为高考常见题型,明确制备流程及反应原理为解答关键,注意把握实验的基本原理和常见物质的性质.

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④60gSiO2晶体中含有2NA个Si-O键    
⑤1mol乙醇中含有的共价键数约为7NA
⑥500mL 1mol/L的硫酸铝溶液中含有的硫酸根离子数约为1.5NA
A.①④B.②⑥C.③⑤D.②⑤

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④缩小体积增大压强            ⑤体积不变,再通入He        ⑥压强不变,再通入He.
A.①②③⑥B.①②③④C.②③④⑤D.②③④

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