Question

【題目】TiO2和CaTiO3都是光電轉化材料，某研究小組利用鈦鐵礦（主要成分為FeTiO3，還含有少量SiO2等雜質）來制備，并利用黃鉀礬(KFe3(SO4)2(OH)6)回收鐵的工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）“氧化酸解”的實驗中，控制反應溫度為150℃，不同氧化劑對鈦鐵礦酸解率的影響如圖所示。50min時，要求酸解率大于85%，所選氧化劑應為____________；采用H2O2做氧化劑時，其效率低的原因可能是_______________________。

（2）“氧化酸解”的濾液①中加入尿素CO(NH2)2， TiO2+轉化為TiO2，寫出相應的離子方程式_____________________，使用尿素而不直接通入NH3的原因是_____________。

（3）寫出“高溫煅燒”中由TiO2制備CaTiO3的化學方程式________________。

（4）使Fe3+恰好沉淀完全時，溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1，列式計算此時溶液的pH________。（Fe(OH)3的Ksp=1.0×10-39、水的Kw=1.0×10-14 mol2·L-2）

（5）黃鉀釩為沉淀為晶體，含水量很少。回收Fe3+時，不采用加入氨水調節pH制得Fe(OH)3的原因是_________________。

Answer 1

【答案】 KClO3 在溫度較高時H2O2易分解或產物中的Fe3+可以催化H2O2的分解(其它合理答案也可給分，如H2O2氧化能力弱) TiO2++CO(NH2)2+2H2OTiO2+CO2↑+2NH4+ 避免將溶液中Fe3+的沉淀 TiO2+CaCl2·2H2OCaTiO3+2HCl↑+H2O ↑ 3 Fe(OH)3絮狀沉淀不容易分離

【解析】試題分析：（1）根據題目要求結合圖像在50分鐘時酸浸率大于85%的氧化劑有KMnO4和KClO3 ，但KMnO4作氧化劑引入Mn2+，對后續的物質分離造成干擾。Fe3+的催化會加快H2O2分解。（2）由信息可知Ti元素的化合價并沒有發生改變，該反應為非氧化還原反應，在酸性環境中，利用C、N元素守恒可判斷產物為CO2、NH4+；由于Fe3+開始沉淀需要的pH值很小，直接通入NH3會使溶液pH值快速增大，容易使Fe3+沉淀。 (3)由信息可知制備CaTiO3為非氧化還原反應，利用元素守恒判斷剩余產物為HCl、H2O；（4）根據Fe(OH)3的Ksp=1.0×10-39和溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1，求出溶液中OH-的濃度；（5）由信息可知黃鉀鐵礬為晶形沉淀而氫氧化鐵為絮狀沉淀不利于從溶液中分離。

解析：（1）根據題目要求結合圖像在50分鐘時酸浸率大于85%的氧化劑有KMnO4和KClO3 ，但KMnO4作氧化劑引入Mn2+，對后續的物質分離造成干擾，故選用KClO3 作氧化劑。產物中的Fe3+可以催化H2O2的分解，所以采用H2O2做氧化劑時效率低。

（2）由信息可知Ti元素的化合價并沒有發生改變，該反應為非氧化還原反應，在酸性環境中， C、N元素的產物為CO2、NH4+，反應的離子方程式是TiO2++CO(NH2)2+2H2OTiO2+CO2↑+2NH4+；由于Fe3+開始沉淀需要的pH值很小，直接通入NH3會使溶液pH值快速增大，容易使Fe3+沉淀，所以使用尿素而不直接通入NH3，可以避免溶液中Fe3+沉淀。 (3)由信息可知制備CaTiO3為非氧化還原反應，根據元素守恒，剩余產物為HCl、H2O，反應化學方程式是TiO2+CaCl2·2H2OCaTiO3+2HCl↑+H2O ↑；（4）根據Fe(OH)3的Ksp=1.0×10-39和溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1，溶液中OH-的濃度為mol·L-1，所以pH為3；（5）氫氧化鐵為絮狀沉淀不利于從溶液中分離，所以不采用加入氨水調節pH制得Fe(OH)3。