Question

鈦(Ti)被譽為21世紀金屬。冶煉鈦的主要原料是含Fe₂O₃的鈦鐵礦（FeTiO₃)，其生產過程如下：

已知：TiOSO₄可溶于水且易水解，H₂TiO₃難溶于水。試回答下列問題：
(1)步驟②的主要實驗操作是冷卻、結晶、     (填操作名稱)；步驟④在實驗室中常將試劑置于    (填儀器名稱）中加強熱。
(2)步驟③中加入熱水的作用是                   。
(3)步驟④中硫酸亞鐵晶體(FeSO₄·7H₂O)在空氣中煅燒生成鐵紅、水和三氧化硫，寫出該反應的化學方程式：                        。
(4)步驟②所得到的硫酸亞鐵晶體(FeSO₄·7H₂O)是目前工業上處理含鉻有毒廢水常用的化學試劑，二者反應后(Cr由+6價轉化為+3價)可以轉化為有重要工業價值的鐵氧體復合氧化物（常用FeO·Fe_yCr_xO₃表示)。欲制備該鐵氧體復合氧化物，試求在酸性的含鉻廢水中，加入FeSO₄·7H₂O的質量應為廢水中六價鉻（相當于CrO₃)質量的             倍。

Answer 1

（共13分） 
（1）過濾     （2分） 坩堝 （2分）
（2）加熱、稀釋有利于促使TiO²⁺水解生成H₂TiO₃（2分）
（3）4FeSO₄·7H₂O+O₂2Fe₂O₃+4SO₃+28H₂O （3分）
（4） 13.9 （4分）

試題分析：工藝流程題解題的關鍵是搞清加入什么物質，發生什么反應，如何分離，要將工藝的流程轉化為物質的流程。首先在鈦鐵礦和Fe₂O₃中加入H₂SO₄溶解，再加入Fe進行還原，將Fe³⁺轉化為Fe²⁺，然后通過冷卻、結晶、過濾得到FeSO₄·7H₂O固體以及濾液，在濾液中加入熱水，促使TiO²⁺發生水解生成H₂TiO₃，最后轉化為Ti。
（4）FeO·Fe_yCr_xO₃中，Cr為+3價，Fe為+3價，故x+y=2，根據電子得失守恒有Fe：Cr=3:1，可以設x=0.5，y=1.5；可以得出量的關系為2.5FeSO₄·7H₂O~0.5CrO₃，故質量比為（2.5×278）：0.5×100=13.9。