Question

【題目】鈦白粉（金紅石晶型 TiO2）被廣泛用于制造高級白色油漆。工業上以鈦鐵礦（主要成分為 FeTiO3，含有 Fe2O3 和 SiO2 等雜質）為原料制鈦白粉的主要工藝如下：

回答下列問題：

（1）第②步所得濾渣的成分是________。

（2）操作④中需要控制條件以形成 TiO2·nH2O 溶膠，該工藝過程若要在實驗室里完成，其中的“過濾”操作，可選用下列裝置________（填選項）。

（3）第③步的實驗操作是______、過濾，從而獲得副產品 FeSO4·7H2O。

（4）為測定操作③所得濾液中TiO2+的濃度，取待測濾液10 mL 用蒸餾水稀釋至100 mL，加入過量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應：3TiO2+ + Al + 6H+ = 3Ti3+ + Al3+ + 3H2O。過濾后，取出濾液20.00 mL（加鋁粉時引起溶液體積的變化忽略不計），向其中滴加2～3 滴KSCN溶液作指示劑，用 0.1000 mol·L-1NH4Fe(SO4)2 標準溶液滴定至溶液出現紅色，此時溶液中 Ti3+全部被氧化為 Ti4+，消耗標準液30.00mL。回答下列問題：

①下列操作會使所測 TiO2+濃度偏高的是______。

A. 在配制標準液的過程中，未洗滌燒杯和玻璃棒

B. 在配制標準液定容是俯視刻度線

C．用蒸餾水洗滌后未經潤洗的滴定管取待測液

D．在滴定終點讀數時仰視滴定管刻度線

②求得待測濾液中 TiO2+的物質的量濃度是______。

（5）科學家從電解冶煉鋁的工藝中得到啟發，找出了冶煉鈦的新工藝—TiO2 直接電解法生產鈦，電解質為熔融的氯化鈣，原理如圖所示。

寫出陰極電極反應式___________。

Answer 1

【答案】Fe和SiO2 C 蒸發濃縮、冷卻結晶 AD 1.500 mol·Lˉ1 TiO2＋4e－=Ti＋2O2－

【解析】

(1)鈦鐵礦中含有的 SiO2 不溶于硫酸，加混合液中加入了過量的Fe粉，還原溶液中的Fe3+，則第②步所得濾渣的成分是SiO2 和過量的Fe；

(2)操作④中需要控制溫度以形成 TiO2·nH2O 溶膠，則應選擇保溫漏斗完成“過濾”操作，故選項C符合題意，答案為C。

(3)將第②步所得濾液通過蒸發 蒸發濃縮、冷卻結晶，再過濾，可得到FeSO4·7H2O；

(4)①A．在配制標準液的過程中，未洗滌燒杯和玻璃棒，標準液的濃度降低，消耗的標準液體積增大，導致所測 TiO2+濃度偏高，故A正確；B．在配制標準液定容是俯視刻度線，溶液體積偏小，標準液的濃度降大，消耗的標準液體積減小，導致所測 TiO2+濃度偏低，故B錯誤；C．用蒸餾水洗滌后未經潤洗的滴定管取待測液，待測液被水稀釋，濃度偏低，故C錯誤；D．在滴定終點讀數時仰視滴定管刻度線，標準液的體積偏大，導致所測 TiO2+濃度偏高，故D正確；答案為AD。

②消耗標準液的物質的量為 0.1000 mol·L-1×0.03 L=3×10-3 mol，根據電子守恒，可知溶液中Ti3+的物質的量為3×10-3 mol，即濾液中TiO2+的物質的量為3×10-3 mol，濾液中 TiO2+的物質的量濃度是3×10-3 mol÷0.02 L=1.500 mol·Lˉ1；

(5)電解時，陰極上得電子發生還原反應，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，和電源負極相連，電極反應式為TiO2+4e-=Ti+2O2-。