Question

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：

(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：

Fe+2Fe3+=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。

 

 

Answer 1

(1)使Fe3+还原为Fe2+；生成Ti3+保护Fe2+不被氧化

(2)10－9～10－7 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】(1)从图中可以看出，①中加铁屑的目的是得到富含TiO2+的溶液和绿矾(FeSO4·7H2O)，所以加入铁屑的目的是将Fe3+还原为Fe2+。同时，生成的Ti3+能还原Fe3+为Fe2+，故其另一个作用是防止Fe2+被氧化成Fe3+。

(2)胶体的分散质微粒直径的大小在10－9～10－7 m之间。

(3)Fe(OH)3中存在如下沉淀溶解平衡：

Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH－(aq)，

Ksp［Fe(OH)3］＝c(Fe3+)·c3(OH－)＝2.79×10－39，

Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O，

(4)先写出该反应的化学方程式：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(l)+2CO(g)，将两个热化学方程式相加即得目标方程式，所以ΔH＝140 kJ·mol－1－221 kJ·mol－1＝－81 kJ·mol－1。

(5)该反应产生废渣、废液和废气，不符合绿色化学的零排放要求。

(6)TiCl4和SiCl4的沸点相差较大，可以用蒸馏的方法将二者分离。