Question

13．四氯化钛（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图如下：

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⁺
加入铁屑的作用是生成Ti³⁺，保护Fe²⁺不被氧化．
（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10^-9～10^-7m（或1nm-100nm）范围．
（3）写出④中TiO₂和焦炭、氯气反应的化学方程式：TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（4）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 ）．
（5）依据表格信息，要精制含少量SiCl₄杂质的TiCl₄，可采用蒸馏（或分馏）方法．

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

Answer 1

分析 钛铁矿中加入强酸，强酸性浸出液中含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液呈强酸性，该过程中有如下反应发生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（无色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，通过一系列过程得到绿矾FeSO₄.7H₂O和含有TiO²⁺溶液，将溶液处理得到TiO₂•nH₂O，将粗TiO₂和氯气、焦炭混合加热得到TiCl₄，发生反应TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，得到的废气是SO₂，
（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）根据上面的分析可知，④中TiO₂和焦炭、氯气反应生成TiCl₄和CO；
（4）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；
（5）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：钛铁矿中加入强酸，强酸性浸出液中含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液呈强酸性，该过程中有如下反应发生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（无色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，通过一系列过程得到绿矾FeSO₄.7H₂O和含有TiO²⁺溶液，将溶液处理得到TiO₂•nH₂O，将粗TiO₂和氯气、焦炭混合加热得到TiCl₄，发生反应TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，得到的废气是SO₂，
（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：生成Ti³⁺，保护Fe²⁺不被氧化；
（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）根据上面的分析可知，④中反应方程式为TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案为：TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（4）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；
（5）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、物质分离提纯等，难度不大，注意基础知识的掌握利用．