Question

（14分）金屬鈦素有“太空金屬”、“未來金屬”等美譽。工業上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦并得到副產品FeSO₄·7H₂O(綠礬)的工藝流程如下圖所示。 

已知：TiO²⁺在一定條件下會發生水解；鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃），含有少量SiO₂雜質；其中一部分鐵元素在鈦鐵礦處理過程中會轉化為+3價。
（1）黑鈦液中生成的主要陽離子有TiO²⁺和Fe²⁺，寫出步驟①化學反應方程式：_________；
步驟②中，加入鐵粉的主要目的是　　　　　　　。
（2）步驟③中，實現混合物的分離是利用物質的　　　 （填字母序號）。
　　a．熔沸點差異　　　　b．溶解性差異　　　 c．氧化性、還原性差異
（3）步驟②、③、④中，均涉及到的操作是　　　　　　 （填操作名稱）；在實驗室完成步驟⑤“灼   燒”所需主要儀器有                 。
（4）請結合化學用語用化學平衡理論解釋步驟④中將TiO²⁺轉化為Ti(OH)₄ 的原因:
　　　　　　　　　　　　　　　　 。
（5）可以利用生產過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應生產硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），該反應的離子方程式為　　　        　　　　。
（6）實驗室通過下面方法可測定副產品綠礬中FeSO₄·7H₂O的質量分數。
a．稱取2.85g綠礬產品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b．量取25．00mL待測溶液于錐形瓶中；c．用硫酸酸化的0.01mol/LKMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為19．00mL（滴定時發生反應的離子方程式為：Fe²⁺＋MnO₄^-＋H⁺→Fe³⁺＋Mn²⁺＋H₂O 未配平 ）。
計算上述樣品中FeSO₄·7H₂O的質量分數為         （用小數表示，保留二位小數）。

Answer 1

（14分）（1）FeTiO₃＋2H₂SO₄===FeSO₄＋TiOSO₄＋2H₂O； （2分）
將Fe³⁺轉化為Fe²⁺并防止Fe^2＋被氧化 （2分）
（2）b　 （1分）　　　　　　　　　　　　　　
（3）過濾 （1分）  坩堝（酒精燈、三腳架、泥三角不填不扣分，填錯扣分，“坩堝”錯別字不給分）（2分）
（4）溶液中存在平衡：TiO²⁺ + 3H₂O Ti(OH)₄ + 2H⁺，當加入熱水稀釋、升溫后，
平衡正向移動，生成Ti(OH)₄。　（2分）
（5）MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ ="==" Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O  （2分）
（6）   0.93（2分）

解析試題分析：（1）鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃），酸溶后得TiO²⁺和Fe²⁺，所以步驟①化學反應方程式為：FeTiO₃＋2H₂SO₄===FeSO₄＋TiOSO₄＋2H₂O；因為一部分鐵元素在鈦鐵礦處理過程中會轉化為+3價，所以加入鐵粉目的是將Fe³⁺轉化為Fe²⁺并防止Fe^2＋被氧化；
（2）步驟③中，冷卻、結晶將物質分離，是利用了物質的溶解性的不同，所以答案選b；
（3）步驟②、③、④中都是固、液分離，所以涉及到的操作是過濾；步驟⑤“灼燒”所需主要儀器有坩堝、酒精燈、三腳架、泥三角；
（4）步驟④溶液中存在平衡：TiO²⁺ + 3H₂O Ti(OH)₄ + 2H⁺，水解反應是吸熱反應，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成Ti(OH)₄。
（5）廢液中含有未結晶的Fe²⁺，與二氧化錳發生氧化還原反應，生成Fe³⁺、Mn²⁺，離子方程式為MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ ="==" Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O ；
（6）根據得失電子守恒規律，n(FeSO₄·7H₂O)=5n(KMnO₄),250mL的溶液中n(FeSO₄·7H₂O)=19．00×10^-3L×0.01mol/L×10×5=9．5×10^-3mol，所以綠礬樣品中FeSO₄·7H₂O的質量分數為9．5×10^-3mol×278g/mol÷2.85g=0.93。
考點：考查對工業流程的分析，儀器的選擇，化學平衡的移動，化學方程式、離子方程式的書寫，氧化還原反應的計算，操作判斷