Question

3．二氧化鈦是鈦的重要化合物，鈦白（純凈的二氧化鈦）是一種折射率高、著色力和遮蓋力強、化學性質穩定的白色顏料．鈦鐵礦的主要成分為FeTiO₃（可表示為FeO•TiO₂），含有Fe₂O₃、SiO₂等雜質，由鈦鐵礦制取二氧化鈦，常用硫酸法，其流程如下：
（1）鈦鐵礦主要成分與濃硫酸反應的主要產物是TiOSO₄和FeSO₄，該反應的化學方程式為FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O．
（2）為提高“固體熔塊”水浸取時的浸出率，除了采用循環浸取、延長時間外，適宜的條件還可以選擇熔塊粉碎（或連續攪拌、適當升高溫度等）．（任寫一種均可）
（3）浸取液與鐵屑反應的離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；從濾液中獲得晶體X的基本操作是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（4）第③步反應化學方程式TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄．
（5）取少量H₂TiO₃，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無明顯現象，再加H₂O₂后出現微紅色，說明H₂TiO₃中存在的雜質離子是Fe²⁺．這種H₂TiO₃即使用水充分洗滌，煅燒后獲得的TiO₂也會發黃，發黃的雜質是Fe₂O₃（填化學式）．

Answer 1

分析 鈦鐵礦的主要成分為FeTiO₃（可表示為FeO•TiO₂），含有Fe₂O₃、SiO₂等雜質，在343K-353K條件下鈦鐵礦和濃硫酸混合，發生的反應有FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，得到固體熔塊，然后用水浸取，浸取液中含有Fe³⁺，Fe³⁺能和Fe反應生成Fe²⁺，然后過濾，得到的晶體X成分為硫酸亞鐵，TiOSO₄能發生水解反應生成H₂TiO₃和H₂SO₄，最后高溫煅燒得到TiO₂，
（1）鈦鐵礦主要成分與濃硫酸反應的主要產物是TiOSO₄和FeSO₄，根據反應物和生成物書寫方程式；
（2）為提高“固體熔塊”水浸取時的浸出率，除了采用循環浸取、延長時間外，還可以采用升高溫度、增大反應物接觸面積、攪拌等方法；
（3）鐵離子具有氧化性，能被Fe還原；從溶液中得到晶體采用蒸發濃縮、冷卻結晶方法；
（4）TiOSO₄能發生水解反應生成H₂TiO₃和H₂SO₄，根據反應物和生成物書寫方程式；
（5）Fe²⁺和KSCN不反應，Fe³⁺能和KSCN反應生成絡合物硫氰化鐵而使液體呈血紅色；Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃，Fe（OH）₃煅燒生成Fe₂O₃．

解答 解：鈦鐵礦的主要成分為FeTiO₃（可表示為FeO•TiO₂），含有Fe₂O₃、SiO₂等雜質，在343K-353K條件下鈦鐵礦和濃硫酸混合，發生的反應有FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，得到固體熔塊，然后用水浸取，浸取液中含有Fe³⁺，Fe³⁺能和Fe反應生成Fe²⁺，然后過濾，得到的晶體X成分為硫酸亞鐵，TiOSO₄能發生水解反應生成H₂TiO₃和H₂SO₄，最后高溫煅燒得到TiO₂，
（1）鈦鐵礦主要成分與濃硫酸反應的主要產物是TiOSO₄和FeSO₄，根據反應物和生成物書寫方程式為FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O，故答案為：FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；
（2）為提高“固體熔塊”水浸取時的浸出率，除了采用循環浸取、延長時間外，還可以采用升高溫度、增大反應物接觸面積、攪拌等方法，即采用將熔塊粉碎（或連續攪拌、適當升高溫度等）方法，
故答案為：熔塊粉碎（或連續攪拌、適當升高溫度等）；
（3）鐵離子具有氧化性，能被Fe還原，離子方程式為；從溶液中得到晶體采用蒸發濃縮、冷卻結晶方法，
故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；蒸發濃縮；冷卻結晶；
（4）TiOSO₄能發生水解反應生成H₂TiO₃和H₂SO₄，根據反應物和生成物書寫方程式為TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄，故答案為：TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄；
（5）Fe²⁺和KSCN不反應，Fe³⁺能和KSCN反應生成絡合物硫氰化鐵而使液體呈血紅色，雙氧水能氧化亞鐵離子生成鐵離子而導致后來溶液呈血紅色，根據現象知溶液中存在的離子是Fe²⁺；Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃，Fe（OH）₃煅燒生成Fe₂O₃，氧化鐵呈紅棕色，所以發黃的雜質是Fe₂O₃，
故答案為：Fe²⁺；Fe₂O₃．

點評 本題以物質分離和提純和制備為載體考查化學工藝流程，涉及離子檢驗、水解反應、氧化還原反應、基本操作及化學反應速率影響因素等知識點，明確化學原理及物質性質是解本題關鍵，會從整體上分析解答，題目難度不大．