Question

二氧化钛（TiO₂）又称钛白，工业上利用钛铁矿（主要成分FeTiO₃，其中铁为正二价）为原料，采用硫酸法制得，其工艺流程如图所示

请回答：
（1）铁矿加入硫酸反应可制得硫酸氧钛，其反应的化学方程式为：FeTiO₃+2H₂SO₄=

 

TiOSO₄+

 

+

 

；
（2）为了提高二氧化钛的纯度，需要除去浸出液中的Fe³⁺，则加入的试剂A为

 

，需过量的原因是

 

．
（3）操作1是

 

．
（4）进行操作1时需将滤液1在70-75℃，压力8000Pa的条件下真空蒸发器中进行，其原因是为了防止

 

，滤液2加水稀释使硫酸氧钛（TiOSO₄）水解生成偏钛酸（TiO₂?nH₂O），请写出该水解反应的化学方程式

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：钛铁矿（主要成分FeTiO₃，其中铁为正二价）为原料，加入稀硫酸溶解加入水中浸取，浸取液含有Fe²⁺、Fe³⁺，加入过量铁粉还原铁离子为亚铁离子，过滤得到滤液Ⅰ含有TiOSO₄ 和FeSO₄，通过操作Ⅰ蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到FeSO₄?7H₂O，和滤液2主要TiOSO₄，加入水水解过滤生成偏钛酸（TiO₂?nH₂O），煅烧得到TiO₂；
（1）铁矿加入硫酸反应可制得硫酸氧钛，硫酸亚铁和水，结合原则守恒配平书写得到化学方程式；
（2）除去浸出液中的Fe³⁺，则加入的试剂A为过量的铁粉，还原铁离子为亚铁离子；
（3）操作Ⅰ是溶液中得到硫酸亚铁晶体的实验方法分析；
（4）温度升高，会促使硫酸氧钛（TiOSO₄）过早水解，滤液2加水稀释使硫酸氧钛（TiOSO₄）水解生成偏钛酸（TiO₂?nH₂O）和硫酸；

解答： 解：钛铁矿（主要成分FeTiO₃，其中铁为正二价）为原料，加入稀硫酸溶解加入水中浸取，浸取液含有Fe²⁺、Fe³⁺，加入过量铁粉还原铁离子为亚铁离子，过滤得到滤液Ⅰ含有TiOSO₄ 和FeSO₄，通过操作Ⅰ蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到FeSO₄?7H₂O，和滤液2主要TiOSO₄，加入水水解过滤生成偏钛酸（TiO₂?nH₂O），煅烧得到TiO₂；
（1）铁矿加入硫酸反应可制得硫酸氧钛，硫酸亚铁和水，结合原则守恒配平书写得到化学方程式：FeTiO₃+2 H₂SO₄=（1 ）TiOSO₄+（ 1 ） FeSO₄+（ 2 ） H₂O；
故答案为：1，FeSO₄，2 H₂O；
（2）除去浸出液中的Fe³⁺，则加入的试剂A为过量的铁粉，还原铁离子为亚铁离子，防止已还原的F_e²⁺重新被空气氧化，保证Fe³⁺全部转化为Fe²⁺；
故答案为：铁屑，防止已还原的F_e²⁺重新被空气氧化；
（3）操作Ⅰ是溶液中得到硫酸亚铁晶体的实验方法，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到FeSO₄?7H₂O，；
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤；
（4）温度升高，会促使硫酸氧钛（TiOSO₄）过早水解，滤液2加水稀释使硫酸氧钛（TiOSO₄）水解生成偏钛酸（TiO₂?nH₂O）和硫酸，反应的化学方程式为：TiOSO₄+（n+1）H₂O═TiO₂?nH₂O+H₂SO₄；
故答案为：蒸发浓缩过程温度升高，会促使硫酸氧钛（TiOSO₄）过早水解；TiOSO₄+（n+1）H₂O═TiO₂?nH₂O+H₂SO₄ ；

点评：本题考查了物质分离提纯的方法和流程分析判断，掌握物质性质和实验工厂和条件是解题关键，题目难度中等．