8.(2011福建高考24,14分)
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工艺中需要控制条件以形成TiO2·n H2O溶胶,该分散质颗粒直径大小在_____________范围。
(3)若把③中制得的固体TiO2·n H2O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+ +H2O的平衡常数K=_____________。
(4)已知:TiO2 (s) +2 Cl2 (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:_____________。
(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 |
解析:(1)根据题意给出方程式分析铁屑的作用就是作为还原剂的,即:将Fe3+还原为Fe2+,另外浸出液显紫色,说明含有Ti3+,防止Ti3+被Fe3+氧化成TiO2+。参考答案中“生成Ti3+保护Fe2+不被氧化。”有点让人费解,能不能说成“防止Ti3+被Fe3+氧化成TiO2+”或者说“将TiO2+还原成Ti3+”。
(2)形成TiO2·n H2O溶胶,说明得到是胶体,其分散质颗粒直径大小为10-9-10-7m(或1nm-100nm);
(3)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=2.79×10-39,25℃时,c(H+)×c(OH-)=Kw=1×10-14;反应Fe (OH)3+3H+Fe3+ +H2O的平衡常数K====2.79×103。
此问设计精妙!利用数学关系巧妙代换求出反应的平衡常数,命题者的独具匠心可见一斑。
(4)涉及盖斯定律计算,比较常规,按要求写出方程式相加即可得出答案:
TiO2(s)+ 2C(s)+2Cl2 (g)=TiCl4(l)+2CO(g) △H=-81KJ·mol-1
(5)依据绿色化学理念,该工艺流程中存在的不足之处产生了废气,废液,废渣等。
(6)下表信息可以看出,SiCl4、TiCl4两者的沸点相差较大,要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4可用蒸馏(或分馏)等方法。
这题是典型的化工流程题,问题设置不难。第(3)小问是亮点,精妙!个人觉得加上请计算该反应的平衡常数K可能设问更清晰。
答案:(1)使Fe3+还原为Fe2+;生成Ti3+保护Fe2+不被氧化。
(2)10-9m-10-7m(或其他合理答案);
(3)2.79×103;
(4)TiO2(s)+ 2C(s)+2Cl2 (g)=TiCl4(l)+2CO(g) △H=-81KJ·mol-1;
(5)产生三废(或其他合理答案);
(6)蒸馏(或分馏,或精馏)。