Question

我國鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，還含有Al₂O₃、SiO₂等）的儲量居世界首位，用鈦鐵礦制取TiO₂和副產品硫酸亞鐵晶體的流程如下：

已知：Al（OH）₃的K_sp=1.3×10^-33，Fe（OH）₂的K_sp=1.6×10^-14．
（1）濾液I主要含有TiO²⁺、SO₄^2-、Fe²⁺、

 

（填離子符號）；
（2）調節pH應最好使用

 

；
A．Fe              B．Ca（OH）₂          C．NH₃?H₂O           D．NaOH
（3）操作Ⅱ是指

 

洗滌、干燥．
（4）步驟②中發生的化學反應方程式為：

 

；考慮成本和廢物綜合利用等因素，生產過程中產生的廢液中應加入

 

處理較合理．
（5）實驗室通常將硫酸亞鐵進一步制備為硫酸亞鐵銨晶體[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂?6H₂O]以利保存，制備方法被收入中學《實驗化學》教材中；專家測定晶體含量的辦法是：準確稱取m g產品溶解定容至250.00mL，移取25.00mL于錐形瓶中，用c mol?L^-1的標準KMnO₄溶液滴定至

 

，記錄消耗KMnO₄溶液的體積為V mL；此時發生的反應為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，（已知硫酸亞鐵銨晶體的相對分子質量為392），則產品中硫酸亞鐵銨晶體純度的計算式可表達為：w%=

 

．

Answer 1

分析：（1）根據鈦鐵礦的主要成分為FeTiO₃，還含有Al₂O₃、SiO₂等分析；
（2）調節pH時所用試劑只能與氫離子反應，不能與其它離子反應，也不能引入新的雜質；
（3）從溶液中提取溶質，應該先蒸發濃縮，再冷卻結晶，最后洗滌干燥；
（4）步驟②中 TiOSO₄發生水解反應生成H₂TiO₃，廢液中含有硫酸，所以可加入碳酸鈣處理；
（5）用標準KMnO₄溶液滴定硫酸亞鐵銨時，達到終點溶液為淡紅色；先根據方程式求出硫酸亞鐵銨的質量，再求出質量分數．

解答：解：（1）已知鈦鐵礦的主要成分為FeTiO₃，還含有Al₂O₃、SiO₂等，與稀硫酸反應后，濾液I主要含有TiO²⁺、SO₄^2-、Fe²⁺、Al³⁺、H⁺，SiO₂與稀硫酸不反應，
故答案為：Al³⁺、H⁺；
（2）調節pH時所用試劑只能與氫離子反應，不能與其它離子反應，也不能引入新的雜質，Ca（OH）₂、NH₃?H₂O、NaOH都能與二價鐵離子反應生成沉淀，同時會引入雜質，所以只能選擇Fe來調節pH，
故答案為：A；
（3）從溶液中提取溶質，應該先蒸發濃縮，再冷卻結晶，最后洗滌干燥，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（4）步驟②中 TiOSO₄發生水解反應生成H₂TiO₃，其反應方程式為：TiOSO₄+2H₂O?H₂TiO₃+H₂SO₄；廢液中含有硫酸，可加入碳酸鈣能消耗硫酸，而且碳酸鈣的來源較廣，成本低，
故答案為：TiOSO₄+2H₂O?H₂TiO₃+H₂SO₄；碳酸鈣；
（5）用標準KMnO₄溶液滴定硫酸亞鐵銨時，當溶液變為淡紅色而且半分鐘內不變色即是達到終點；
反應消耗的高錳酸鉀為n（KMnO₄）=c mol?L^-1×V×10^-3L=cV×10^-3mol，已知發生的反應為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，則n（Fe²⁺）=5n（KMnO₄）=5cV×10^-3mol，所以原來晶體中所含硫酸亞鐵銨晶體[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂?6H₂O]的物質的量為n=

250

25

×5cV×10^-3mol=5cV×10^-2mol，
所以硫酸亞鐵銨晶體[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂?6H₂O]的質量為：m=nM=5cV×10^-2mol×392g/mol，
故產品中硫酸亞鐵銨晶體純度為：

5×392cV

m

%；
故答案為：溶液顯淡紅色，半分鐘內不變色；

5×392cV

m

%．

點評：本題考查了工藝流程圖，涉及離子反應、水解原理、中和滴定原理等方面的知識，屬于綜合知識的考查，難度較大．