Question

【題目】鈦(T)因具有硬度大、熔點高、耐酸腐蝕等優點而被應用于航空、電子等領域，由鈦鐵礦(主要成分是鈦酸亞鐵FeTiO3)提取金屬鈦并獲得副產品FeSO4·7H2O的工藝流程如下：

(1)鈦鐵礦和濃硫酸反應的產物之一是 TiOSO4。常溫下，該物質易溶于酸性溶液，在pH=5.0時開始轉化為鈦酸沉淀，則物質A是___________(填化學式，下同)，B是___________；步驟Ⅳ生成TiO(OH)2(H2TiO3)的離子方程式是______________________。

(2)已知FeSO4·7H2O和TiOSO4的溶解度曲線如圖所示，則步驟Ⅲ采用的操作是___________。

(3)工業上可通過下列反應由TiO2制備金屬Ti：

TiO2+2C+2Cl2TiCi4+2CO

TiCl4+2MgTi+2MgCl2

已知：常溫下TiCl4是一種極易水解的無色液體，沸點為136.4℃。

①從下列供選用的裝置中選擇合適的裝置制備TiCl4，按氣流方向連接起來：A→___________→___________→___________→___________→C→___________。

②下列儀器中盛放的藥品分別是B___________，G___________。

(4)一定條件下，將TiO2溶解并還原為Ti3+，再以KSCN溶液作指示劑，用NH4Fe(SO4)2標準溶液滴定Ti3+至全部生成Ti4+。稱取TiO2樣品0.60g，消耗0.20mol/L的NH4Fe(SO4)2溶液36.75mL，則樣品中TiO2的質量分數是___________。

Answer 1

【答案】Fe H2O TiO2++2H2O=TiO(OH)2↓+2H+ 降溫、結晶、過濾 E B F D G 濃H2SO4 NaOH溶液 98%

【解析】

鈦鐵礦和濃硫酸反應的產物之一是TiOSO4，加入鐵屑，可防止Fe2+氧化，所以物質A為Fe，溶液X中含有FeSO4和TiOSO4，經過分離得硫酸亞鐵晶體和溶液Y，溶液Y主要含有TiOSO4，加入水，加熱可水解生成H2TiO3，所以物質B為H2O，經煅燒可生成TiO2，用氯氣、碳反應可生成TiCl4，高溫條件下與鎂反應可生成Ti，以此解答該題。

鈦鐵礦和濃硫酸反應的產物之一是TiOSO4，加入鐵屑，可防止Fe2+氧化，所以物質A為Fe，溶液X中含有FeSO4和TiOSO4，經過分離得硫酸亞鐵晶體和溶液Y，溶液Y主要含有TiOSO4，加入水，加熱可水解生成H2TiO3，所以物質B為H2O，經煅燒可生成TiO2，用氯氣、碳反應可生成TiCl4，高溫條件下與鎂反應可生成Ti，
(1)根據上面的分析可知，A為Fe，B為H2O，TiOSO4中加入水，加熱可水解生成H2TiO3，反應的離子方程式為TiO2++2H2O=TiO(OH)2↓+2H+；

(2)根據FeSO47H2O的溶解度曲線可知，硫酸亞鐵的溶解度隨溫度的升高而增大，所以從溶液中分離出FeSO47H2O，可以通過降溫、結晶、過濾的方法獲得；

(3)根據由TiO2制備金屬Ti的原理可知，先用濃鹽酸與二氧化錳制得氯氣，制得的氯氣中有氯化氫、水等雜質，可以通過飽和食鹽水和濃硫酸除去，再在管式電爐中生成四氯化鈦，反應中有未反應的氯氣，會污染空氣，所以尾氣要用氫氧化鈉溶液吸收，為防止尾氣吸收裝置中的水分揮發到收集四氯化鈦的容器中，在收集裝置和尾氣處理裝置之間要加一個干燥裝置，所以①裝置按氣流方向連接起來的順序為A、E、B、F、D、C、G，②根據上面的分析可知，B中裝濃H2SO4，G中裝NaOH溶液，故答案為：①E、B、F、D、G；②濃H2SO4；NaOH溶液；

(4)根據電子得失守恒可知，將TiO2溶解并還原為Ti3+，Ti3+與NH4Fe(SO4)2溶液反應時有關系式TiO2～Ti3+～NH4Fe(SO4)2，消耗0.20mol/L的NH4Fe(SO4)2溶液36.75mL，即NH4Fe(SO4)2的物質的量為36.75×10-3L×0.20mol/L=7.35×10-3mol，則TiO2的物質的量為=7.35×10-3mol，所以樣品中TiO2的質量分數是×100%=98%。