Question

9．钛铁矿是铁和钛的氧化物矿物，成分可表示为FeTiO₃ （Ti为+4价）．钛白粉（TiO₂）涂料、塑料、油墨、造纸行业具有广泛的用途，制备流程如图：

（1）钛铁矿与硫酸反应时可表示为FeTiO₃+H₂SO₄→TiOSO₄+X+H₂O．其中X的化学式为FeSO₄．该反应为氧化还原反应 （填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”）．
（2）某钛铁矿中FeTiO₃的含量为76%，该钛铁矿与硫酸反应时Ti转化率为92%，操作I到操作IV的过程中Ti的转化率为96%，则1t该钛铁矿可生产钛白粉0.35t （所有计算结果保留两位有效数字），能否计算绿矾的产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？（若能则计算数值，否则说明理由）．
（3）操作I的名称是过滤，操作II包括搅拌、结晶、过滤．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．
（5）该生产过程中产生的尾气SO₂、SO₃的处理方法是用碱液吸收．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）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；
（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SO₄^2-结合水电离的H⁺，TiO²⁺结合水电离的OH^-来书写方程式；
（5）因SO₂、SO₃是酸性氧化物，可以和碱液之间反应，据此回答．

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）根据原子守恒可以得而X的化学式为FeSO₄，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．
故答案为：FeSO₄；氧化还原反应；
（2）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=0.35t，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：0.35；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；
（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；Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺；
（4）TiOSO₄水解时SO₄^2-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；
（5）因SO₂、SO₃是酸性氧化物，故应用碱液进行吸收，故答案为：用碱液吸收．

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．