Question

【題目】四氯化鈦(TiCl4)是制取航天航空工業(yè)材料——鈦合金的重要原料。由鈦鐵礦(主要成分是FeTiO3)制備TiCl4等產(chǎn)品的一種工藝流程示意如下：

回答下列問題：

(1)往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時(shí)溶液仍呈強(qiáng)酸性。該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：

2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋

2TiO2＋(無色)＋Fe＋4H＋=2Ti3＋(紫色)＋Fe2＋＋2H2O

Ti3＋(紫色)＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋(無色)＋Fe2＋＋2H＋

加入鐵屑的作用是 。

(2)在②→③工藝過程中需要控制條件以形成TiO2·nH2O溶膠，該溶膠的分散質(zhì)顆粒直徑大小在 范圍。

(3)若把③中制得的固體TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3雜質(zhì)，還可制得鈦白粉。已知25 ℃時(shí)，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39，該溫度下反應(yīng)Fe(OH)3＋3H＋Fe3＋＋3H2O的平衡常數(shù)K＝ 。

(4)已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(l)＋O2(g) ΔH＝＋140 kJ·mol－1

2C(s)＋O2(g)=2CO(g) ΔH＝－221 kJ·mol－1

寫出④中TiO2和焦炭、氯氣反應(yīng)生成液態(tài)TiCl4和CO氣體的熱化學(xué)方程式： 。

(5)上述工藝具有成本低、可用低品位礦物為原料等優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)綠色化學(xué)理念，該工藝流程中存在的不足之處是 (只要求寫出一項(xiàng))。

(6)依據(jù)下表信息，要精制含少量SiCl4雜質(zhì)的TiCl4，可采用 方法。

	TiCl4	SiCl4
熔點(diǎn)/℃	－25.0	－68.8
沸點(diǎn)/℃	136.4	57.6

Answer 1

【答案】(1)使Fe3＋還原為Fe2＋；保護(hù)TiO2＋不被Fe3＋氧化

(2)10－9 m～10－7 m(或其他合理答案)

(3)2.79×103

(4)TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)=TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－81 kJ·mol－1

(5)產(chǎn)生三廢(或其他合理答案)

(6)蒸餾(或分餾或精餾)

【解析】試題分析：（1）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，說明浸出液中含有鈦離子，由方程式可知，鐵離子氧化鈦離子，加入鐵屑做還原劑，將鐵離子還原為亞鐵離子，生成Ti3+，保護(hù)Fe2+不被氧化。（2）控制調(diào)價(jià)以形成溶膠，說明得到膠體，其分散質(zhì)顆粒直徑為10-9~10-7m。（3）平衡常數(shù)=c(Fe3+)/(H+)3=Ksp/KW=2.79×10-39/(10-14)3=2.79×103。（4）根據(jù)蓋斯定律分析反應(yīng)①+反應(yīng)②即可，得到熱化學(xué)方程式為：TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)＝TiCl4(l)＋2CO(g) △H=-81kJ·mol-1。（5）由工藝流程可知，生成中產(chǎn)生廢氣、廢液、廢渣等不符合綠色化學(xué)理念。（6）由表中數(shù)據(jù)分析可知，SiCl 4和TiCl 4，為液體，要精制含有少量SiCl 4雜質(zhì)的TiCl 4，可采用蒸餾或分餾的方法。