Question

5．純凈的二氧化鈦粉末顏色雪白，俗稱鈦白，是重要的白色顏料
I．以鈦鐵礦（FeTiO₃）為原料的硫酸法制鈦白，流程大致如下（部分產(chǎn)物已略去）
（1）溶礦過程大量放熱，反應(yīng)劇烈時(shí)，體系溫度甚至可達(dá)473K，寫出溶礦的化學(xué)方程式FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，為提高溶礦效率，可采取的措施有將礦石粉碎（任寫一種）
（2）過程①中加入Fe粉以防止亞鐵離子被氧化，F(xiàn)e粉在該過程中參與反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
（3）操作②為冷卻結(jié)晶、過濾，此法并未直接稀釋鈦液獲得H₂TiO₃，其目的是同時(shí)獲得FeSO₄•7H₂O
（4）反應(yīng)③的離子方程式為TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃↓+2H⁺，為促進(jìn)H₂TiO₃的生成，可采取的措施有加熱或加過量水
II．測(cè)定鈦白中TiO₂的含量可用滴定分析法：在隔絕空氣的條件下，將樣品溶于硫酸，保持隔絕空氣，加入過量的鋁，將鈦原還原成Ti³⁺，此時(shí)溶液中的Ti³⁺可以被Fe³⁺定量氧化
（5）常用NH₄Fe（SO₄）₂固體配制標(biāo)準(zhǔn)Fe³⁺溶液，配制100mL標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)使用的儀器除了天平、藥匙、玻璃棒、燒杯、量筒、膠頭滴管外，還需要100mL容量瓶
（6）該滴定分析中所需要的指示劑為KSCN溶液
（7）已知TiO₂的摩爾質(zhì)量為Mg/mol，稱取wg鈦白粉試樣進(jìn)行滴定分析，消耗cmol/L的NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液VmL，則鈦白中TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{cVM}{1000W}$或$\frac{cVM}{10W}$%
（8）下列操作會(huì)使測(cè)得鈦白粉中TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高的是C
A．終點(diǎn)時(shí)度數(shù)，俯視滴定管中液面
B．滴定用的錐形瓶在滴定前有少量蒸餾水
C．配制Fe³⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，燒杯中的溶液不慎濺出了一些．

Answer 1

分析 I．鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃，其中鐵為正二價(jià)）為原料，加入稀硫酸溶解加入水中浸取，浸取液含有Fe²⁺，過濾得到濾液Ⅰ含有TiOSO₄ 和FeSO₄，過程①中加入Fe粉以防止亞鐵離子被氧化，趁熱過濾，濾液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到FeSO₄•7H₂O，和濾液主要TiOSO₄，加入水水解過濾生成偏鈦酸H₂TiO₃（TiO₂•H₂O），煅燒得到TiO₂．
（1）鐵礦加入硫酸反應(yīng)可制得硫酸氧鈦，硫酸亞鐵和水，結(jié)合原則守恒配平書寫得到化學(xué)方程式；增大接觸面積可提高溶礦效率；
（2）鐵和酸反應(yīng)生成亞鐵離子、氫氣，鐵粉還原鐵離子為亞鐵離子，防止已還原的Fe²⁺重新被空氣氧化；
（3）操作②得到淺綠色晶體，為結(jié)晶水合物七水合硫酸亞鐵，為防止結(jié)晶水受熱分解，需冷卻結(jié)晶，結(jié)晶后過濾，
（4）TiO²⁺水解生成H₂TiO₃和H⁺；促進(jìn)H₂TiO₃的生成，可使水解平衡正向移動(dòng)，可通過加熱或加水實(shí)現(xiàn)；
II．（5）配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液，基本步驟為：計(jì)算、稱量（量�。�、溶解（稀釋）、移液、洗滌、定容、搖勻等，據(jù)此判斷需要的儀器；
（6）用KSCN作指示劑，終點(diǎn)時(shí)NH₄Fe（SO₄）₂不再與Ti³⁺反應(yīng)，生成血紅色的Fe（SCN）₃；
（7）根據(jù)得失電子守恒：1Ti³⁺～1Fe³⁺，故n（Fe³⁺）=n（Ti³⁺）=n（TiO₂）=cV×10^-3mol，以此進(jìn)行計(jì)算；
（8）A．終點(diǎn)時(shí)度數(shù)，俯視滴定管中液面，體積讀數(shù)偏小；
B．滴定用的錐形瓶在滴定前有少量蒸餾水，無影響；
C．配制Fe³⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，燒杯中的溶液不慎濺出了一些，溶質(zhì)偏小，滴定溶液中的Ti³⁺的Fe³⁺偏多．

解答 解：I．（1）鐵礦加入硫酸反應(yīng)可制得硫酸氧鈦，硫酸亞鐵和水，結(jié)合原則守恒配平書寫得到化學(xué)方程式：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O；為提高溶礦效率，可采取將礦石粉碎，增大其接觸面積，
故答案為：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O；將礦石粉碎；
（2）鐵和酸反應(yīng)生成亞鐵離子、氫氣，離子反應(yīng)為：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，亞鐵離子易被氧化成Fe³⁺，鐵粉還原鐵離子為亞鐵離子，F(xiàn)e+2Fe³⁺=3Fe²⁺，防止已還原的F_e²⁺重新被空氣氧化，保證Fe³⁺全部轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，
故答案為：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（3）第①步加鐵粉還原Fe³⁺，防止已還原的Fe²⁺重新被空氣氧化，過濾除去濾渣，為防止結(jié)晶水受熱分解，第②步冷卻結(jié)晶，過濾得到FeSO₄•7H₂O，此法并未直接稀釋鈦液獲得H₂TiO₃，同時(shí)獲得FeSO₄•7H₂O，
故答案為：冷卻結(jié)晶；過濾；同時(shí)獲得FeSO₄•7H₂O；
（4）TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，離子方程式是TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃↓+2H⁺，水解吸熱，加熱可促進(jìn)H₂TiO₃的生成，加過量水也可促進(jìn)H₂TiO₃的生成，
故答案為：TiO²⁺+2H₂O=H₂TiO₃↓+2H⁺；加熱或加過量水；
II．（5）配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液，基本步驟為：計(jì)算、稱量（量�。�、溶解（稀釋）、移液、洗滌、定容、搖勻等，用到的儀器：托盤天平（量筒）、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、容量瓶等，配制100mL標(biāo)準(zhǔn)溶液用100mL容量瓶，
故答案為：100mL容量瓶；
（6）當(dāng)達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，再加入NH₄Fe（SO₄）₂，溶液中Fe³⁺過量，生成血紅色的Fe（SCN）₃，且半分鐘不褪色；
故答案為：KSCN溶液；
（7）根據(jù)得失電子守恒，有：1Ti³⁺～1Fe³⁺，故n（Fe³⁺）=n（Ti³⁺）=n（TiO₂）=cV×10^-3mol，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{cVM}{1000W}$或$\frac{cVM}{10W}$%．
故答案為：$\frac{cVM}{1000W}$或$\frac{cVM}{10W}$%；
（8）A．終點(diǎn)時(shí)度數(shù)，俯視滴定管中液面，體積讀數(shù)偏小，TiO₂的質(zhì)量偏低，故A錯(cuò)誤；
B．滴定用的錐形瓶在滴定前有少量蒸餾水，待測(cè)液的物質(zhì)的量不變，無影響，故B錯(cuò)誤；
C．配制Fe³⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，燒杯中的溶液不慎濺出了一些，導(dǎo)致配制的溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量偏小，消耗Fe³⁺溶液偏低，TiO₂的質(zhì)量偏高，故C正確；
故答案為：C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鈦白制備，掌握物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)條件是解題關(guān)鍵，考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，注意物質(zhì)分離的流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用，題目難度中等．