Question

【題目】鈦鐵礦是鐵和鈦的氧化物礦物，成分可表示為FeTiO3(Ti為+4價)。鈦白粉(TiO2)涂料、塑料、油墨、造紙行業具有廣泛的用途，制備流程如圖：

(1)鈦鐵礦與硫酸反應時可表示為FeTiO3+H2SO4→TiOSO4+X+H2O，其中X的化學式為 ______，該反應為______ (填“氧化還原反應”或“非氧化還原反應”)。

(2)某鈦鐵礦中FeTiO3的含量為76%，該鈦鐵礦與硫酸反應時Ti轉化率為92%，操作I到操作IV的過程中Ti的轉化率為96%，則1t該鈦鐵礦可生產鈦白粉 ______ t(所有計算結果保留兩位有效數字)，能否計算綠礬的產量______？(若能則計算數值，否則說明理由)。

(3)操作I的名稱是 ______，操作II包括攪拌、結晶、______，操作II中加入鐵粉的目的是______(用離子方程式表示)。

(4)寫出操作III中TiOSO4水解的化學方程式： ______ 。

(5)該生產過程中產生的尾氣SO2、SO3的處理方法是 ______ 。

Answer 1

【答案】FeSO4 非氧化還原反應 0.35 在制備鈦白粉的過程中沒有給出鈦鐵礦與硫酸的反應，在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的轉化率也是未知的，故不能計算綠礬的產量 過濾 過濾 Fe+2Fe3+=3Fe2+ TiOSO4+2H2O=TiO(OH)2↓+H2SO4 用堿液吸收

【解析】

(1)根據原子守恒可確定X的化學式，根據反應前后元素的化合價是否發生改變判斷反應是否為氧化還原反應；

(2)根據元素守恒得：FeTiO3～TiO2，利用FeTiO3在反應過程中的利用率來計算二氧化鈦的質量；在制備鈦白粉的過程中沒有給出鈦鐵礦與硫酸的反應，在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的轉化率也未知，因此不能計算綠礬的產量；

(3)從溶液中得到了沒有與酸反應的顆粒狀物質故所需的操作為過濾；從溶液中得到晶體的操作為結晶后過濾；鐵粉與可能生成的+3價的鐵離子反應生成+2價的亞鐵離子；

(4)根據水解原理：TiOSO4水解時SO42-結合水電離的H+，TiO2+結合水電離的OH-來書寫方程式；

(5)因SO2、SO3是酸性氧化物，可以和堿液之間反應，據此解答。

鈦鐵礦與硫酸反應：FeTiO3+H2SO4=TiOSO4+FeSO4+H2O，然后過濾出未被酸溶解的物質，向所得到的濾液中加入鐵粉可以得到了綠礬，將濾液控制在一定的條件，使TiOSO4發生水解：TiOSO4+2H2O=TiO(OH)2↓+H2SO4，將過濾出的沉淀進行煅燒，可以得到鈦白粉TiO2。

(1)根據原子守恒可知X的化學式為FeSO4，在FeTiO3中Ti為+4價，O為-2價，Fe為+2價，反應前后所有元素的化合價都沒有發生改變，因此反應為非氧化還原反應；

(2)假設得到TiO2的質量是m，則根據元素守恒得關系式：FeTiO3～TiO2。則二者轉化的質量關系為152～～80，某鈦鐵礦中FeTiO3的含量為76%，該鈦鐵礦與硫酸反應時Ti轉化率為92%，操作I到操作IV的過程中Ti的轉化率為96%，則1t該鈦鐵礦中含有FeTiO3的質量為1t×76%×92%×96%，假設反應產生的TiO2質量為m，則=，解得m=0.35t；由于在制備鈦白粉的過程中沒有給出鈦鐵礦與硫酸的反應，在操作Ⅰ和操作Ⅱ中Fe的轉化率也未知，因此不能計算反應產生的綠礬的產量；

(3)在操作I從溶液中得到了沒有與酸反應的顆粒狀物質，則所需繼續的操作為過濾；在操作II加入鐵粉后得到了綠礬，應是從溶液中得到晶體的操作為結晶后再過濾；在操作II加入鐵粉的目的是為了防止在制備過程中鈦鐵礦+2價的鐵生成+3價的鐵使制備的綠礬中含有雜質，故應加入鐵粉與生成的+3價的鐵反應生成+2價的鐵，反應的離子方程式為：Fe+2Fe3+=3Fe2+；

(4)TiOSO4水解時SO42-結合水電離的H+，TiO2+結合水電離的OH-，故反應方程式為：TiOSO4+2H2O=TiO(OH)2↓+H2SO4；

(5)因SO2、SO3都是酸性氧化物，能夠與堿反應產生可溶性鹽，所以應用堿液進行吸收。