Question

【题目】四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下：

回答下列问题：

(1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：

2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋

2TiO2＋(无色)＋Fe＋4H＋=2Ti3＋(紫色)＋Fe2＋＋2H2O

Ti3＋(紫色)＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋(无色)＋Fe2＋＋2H＋

加入铁屑的作用是 。

(2)在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO2·nH2O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在 范围。

(3)若把③中制得的固体TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3杂质，还可制得钛白粉。已知25 ℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39，该温度下反应Fe(OH)3＋3H＋Fe3＋＋3H2O的平衡常数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

写出④中TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4和CO气体的热化学方程式： 。

(5)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是 (只要求写出一项)。

(6)依据下表信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用 方法。

	TiCl4	SiCl4
熔点/℃	－25.0	－68.8
沸点/℃	136.4	57.6

Answer 1

【答案】(1)使Fe3＋还原为Fe2＋；保护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)产生三废(或其他合理答案)

(6)蒸馏(或分馏或精馏)

【解析】试题分析：（1）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，说明浸出液中含有钛离子，由方程式可知，铁离子氧化钛离子，加入铁屑做还原剂，将铁离子还原为亚铁离子，生成Ti3+，保护Fe2+不被氧化。（2）控制调价以形成溶胶，说明得到胶体，其分散质颗粒直径为10-9~10-7m。（3）平衡常数=c(Fe3+)/(H+)3=Ksp/KW=2.79×10-39/(10-14)3=2.79×103。（4）根据盖斯定律分析反应①+反应②即可，得到热化学方程式为：TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)＝TiCl4(l)＋2CO(g) △H=-81kJ·mol-1。（5）由工艺流程可知，生成中产生废气、废液、废渣等不符合绿色化学理念。（6）由表中数据分析可知，SiCl 4和TiCl 4，为液体，要精制含有少量SiCl 4杂质的TiCl 4，可采用蒸馏或分馏的方法。