Question

8．钛是一种性能非常优越的金属，它化学性质稳定，耐腐蚀，钛及钛合金主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星和宇宙飞船等领域．某实验室模拟硫酸法生产二氧化钛，实验流程如图1：

（1）酸解过程中发生的主要反应如下：FeTiO₃+3H₂SO₄═Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O请补充生成TiOSO₄的化学方程式FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
（2）若取5g钛铁矿（主要成分是FeTiO₃，含少量Fe₂O₃）于蒸发皿，加适量98%浓H₂SO₄（密度1.84g/mL）加热，请选择最接近的浓硫酸的用量B．（填序号）
A.2mL       B.6mL       C.25mL         D.100mL
（3）在酸解后的浸取过程中，为提高浸出率可采用的方法有粉碎矿石、适量处长浸取时间等．  （任答一点）
（4）加“还原铁粉”的目的将溶液中的Fe³⁺还原成Fe²⁺．
（5）请根据FeSO₄溶解度曲线如图2，补充由过滤I中滤液获得副产品绿矾（FeSO₄•7H₂O）的具体操作：取过滤I所得的滤液加热浓缩到60℃饱和溶液，冷却至0℃结晶、过滤，少量冰水洗涤、低温干燥．
（6）“水解”过程中的操作步骤：将滤液加热至90℃，加6～7倍体积的沸水，保持沸腾60min，减压过滤，用2mol•L^-1 H₂SO₄溶液洗涤沉淀．请思考，“将滤液加热至90℃”作用是促进TiOSO₄和Ti₂（SO₄）₃的水解．沉淀用2mol•L^-1 H₂SO₄溶液洗涤而不是用水洗涤的原因防止Fe²⁺水解而造成产物不纯．

Answer 1

分析 钛铁矿的主要成分为FeTiO₃，在343K-353K条件下钛铁矿和浓硫酸混合，发生的反应有FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，得到固体熔块，然后用水浸取，浸取液中含有Fe³⁺，Fe³⁺能和Fe反应生成Fe²⁺，然后过滤，得到的晶体X成分为硫酸亚铁，TiOSO₄能发生水解反应生成H₂TiO₃和H₂SO₄，最后高温煅烧得到TiO₂，据此分解解题．
（1）根据：FeTiO₃+3H₂SO₄═Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O分析是复分解反应，生成TiOSO₄的反应也为复分解反应；
（2）根据：FeTiO₃+3H₂SO₄═Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O反应计算，消耗浓硫酸最多；
（3）提高浸出率可通过增大接触面积和时间上等因素考虑；
（4）根据2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺可知，加“还原铁粉”的目的是将溶液里的Fe³⁺还原为Fe²⁺；
（5）请根据FeSO₄溶解度曲线，从过虑I中滤液获得副产品绿矾（FeSO₄•7H₂O）的具体操作为加热浓缩到60℃饱和溶液，冷却至0℃结晶、过滤，少量冰水洗涤、低温干燥；
（6）水解是吸热过程，将滤液加热至90℃作用是促进TiOSO₄和Ti₂（SO₄）₃的水解；沉淀用2mol/LH₂SO₄溶液洗涤而不是用水洗涤的原因防止Fe²⁺水解而造成产物不纯．

解答 解：（1）根据：FeTiO₃+3H₂SO₄═Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O分析是复分解反应，得出生成TiOSO₄的化学方程式为2H₂SO₄+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，
故答案为：2H₂SO₄+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O；
（2）设消耗浓硫酸xmL
FeTiO₃+3H₂SO₄═Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O
152       3×98
5g      1.84g/mL×xmL×98%
x=6.13mL．
故答案为：B
（3）提高浸出率可通过增大接触面积和时间上等因素考虑，粉碎矿石、适量处长浸取时间等，故答案为：粉碎矿石、适量处长浸取时间；
（4）根据2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺可知，加“还原铁粉”的目的是将溶液里的Fe³⁺还原为Fe²⁺，故答案为：将溶液中的Fe³⁺还原成Fe²⁺
（5）请根据FeSO₄溶解度曲线，从过虑I中滤液获得副产品绿矾（FeSO₄•7H₂O）的具体操作为加热浓缩到60℃饱和溶液，冷却至0℃结晶、过滤，少量冰水洗涤、低温干燥，故答案为：加热浓缩到60℃饱和溶液，冷却至0℃结晶、过滤，少量冰水洗涤、低温干燥；
（6）水解是吸热过程，将滤液加热至90℃作用是促进TiOSO₄和Ti₂（SO₄）₃的水解；沉淀用2mol/LH₂SO₄溶液洗涤而不是用水洗涤的原因防止Fe²⁺水解而造成产物不纯，故答案为：促进TiOSO₄和Ti₂（SO₄）₃的水解 防止Fe²⁺水解而造成产物不纯．

点评 以物质分离和提纯和制备为载体考查化学工艺流程，涉及化学方程式配平、溶解度、结晶、沉淀的洗涤和溶液的配制、盐的水解等．明确化学原理及物质性质是解本题关键，本题较难．