Question

（2011?福建）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

防止Ti³⁺被Fe³⁺氧化成TiO²⁺

．
（2）在②→③工艺中需要控制条件以形成TiO₂?nH₂O溶胶，该分散质颗粒直径大小在

1nm-100nm

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，K_sp[Fe（OH）₃]=2.79×10^-39，该温度下反应Fe（OH）₃+3H^+?Fe³⁺+H₂O的平衡常数K=

2.79×10³

．
（4）已知：TiO₂（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+140kJ?mol^-1；2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ?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：

TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂ （g）=TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81KJ?mol^-1

．
（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

产生了废气，废液，废渣等

（只要求写出一项）．
（6）依据如表信息，要精制含少量SiCl₄杂质的TiCl₄，可采用

蒸馏（或分馏）等方法

方法．

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

Answer 1

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Ti³⁺，由方程式可知，Fe³⁺氧化为Ti³⁺；
（2）控制条件以形成TiO₂?n H₂O溶胶，说明得到胶体，其分散质颗粒直径大小为10^-9～10^-7m（或1nm-100nm）；
（3）依据平衡常数的概念结合反应写出计算式计算平衡浓度得到；
（4）依据热化学方程式和盖斯定律计算分析得到；
（5）绿色化学应零污染、零排放，原子利用率100%．结合工艺流程三废回答；
（6）由表中数据可知，SiCl₄、TiCl₄为液体，二者沸点相差较大，通常采取蒸馏方法分离．

解答：解：（1）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，说明浸出液中含有Ti³⁺，由方程式可知，Fe³⁺氧化为Ti³⁺，加入铁屑作还原剂，将Fe³⁺还原为Fe²⁺，防止Ti³⁺被Fe³⁺氧化成TiO²⁺，
故答案为：防止Ti³⁺被Fe³⁺氧化成TiO²⁺；
（2）控制条件以形成TiO₂?n H₂O溶胶，说明得到胶体，其分散质颗粒直径大小为10^-9～10^-7m（或1nm-100nm），
故答案为：10^-9～10^-7m（或1nm-100nm）；
（3）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.79×10^-39，反应Fe （OH）₃+3H^+?Fe³⁺+H₂O的平衡常数K=

c(Fe3+)

c3(H+)

=

c(Fe3+)

( 10-14 c(OH-) )3

=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）×10⁴²=2.79×10^-39×10⁴²=2.79×10³．
故答案为：2.79×10³；
（4）①TiO₂ （s）+2Cl₂ （g）═TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+140KJ?mol^-1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221KJ?mol^-1
依据盖斯定律①+②得到：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂ （g）=TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81KJ?mol^-1；
故答案为：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，
故答案为：产生了废气，废液，废渣等；
（6）由表中数据可知，SiCl₄、TiCl₄为液体，二者沸点相差较大，要精制含少量SiCl₄杂质的TiCl₄，可采用蒸馏（或分馏）方法，
故答案为：蒸馏（或分馏）；

点评：本题考查学生阅读题目获取信息能力、氧化还原反应、绿色化学、胶体、物质分离提纯，平衡常数计算，溶度积常数的计算应用，盖斯定律的计算应用等，难度不大，注意基础知识的掌握利用．