Question

【题目】工业由钛铁矿(主要成分FeTiO3)制备TiCl4的主要工艺流程如下:

请答下列问题:

（1）已知酸浸反应FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O，则FeTiO3中钛元素的化合价为_____。

（2）试剂A为____，加入A的目的是____ (填字母)。

A.防止Fe2+被氧化 B.与Fe3+反应 C.防Fe2+水解

“溶液II经“操作II"可得副产品FeSO4·7H2O，则“操作II”包括浓缩、冷却、_____。

（3）若“溶液II中Fe2+的浓度为0.49mol/L，为防止生成Fe(OH)2沉淀，溶液的pH不超过__。(已知Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17)

（4）钛酸煅烧得中间产物的化学方程式为H2TiO3(s) TiO2(s)+H2O(g),上述工艺流程中生成TiCl4化学方程式为_____________________。

已知TiO2(s)+2Cl2(g)=TiC14(l)+O2(g) △H=+151kJ/mol，该反应极难进行，当向反应体系中加入焦炭后，则反应在高温条件下能顺利发生。从化学平衡的角度解释原因是_______。

（5）TiCl4极易水解，利用此性质可制备纳米级TiO2·xH2O，该反应的化学方程式是_______。

Answer 1

【答案】 +4 铁粉（或 Fe） A 结晶、过滤 6 2Cl2 +TiO2 +C TiCl4 + CO2 （产物为 CO 也可） ① C 与 O2反应减小 O2的浓度使平衡向右移动 ②C与O2反应放热， 温度升高使平衡向右移动， 促使反应顺利进行 TiCl4 +（x+2）H2O ==TiO2·xH2O + 4HCl

【解析】（1）由反应方程式可得，FeTiO3和H2SO4反应生成FeSO4、TiOSO4和H2O，该反应为非氧化还原反应，Fe元素化合价为+2价，根据化合物中正负化合价代数和为0，可知FeTiO3中钛元素的化合价为+4。

（2）溶液I为FeSO4和TiOSO4的混合溶液，通过后续流程中的物质可以判断，加入试剂A后并没有引入新元素，又因为经过操作II得到了FeSO4·7H2O，而亚铁离子容易被氧化，所以试剂A为铁粉(或Fe)；加入A的目的是防止Fe2+被氧化。操作II从溶液得到FeSO4·7H2O晶体，所以操作II除了浓缩、冷却外，还有结晶、过滤。

（3）Q=c(Fe2+)×c2(OH-)=0.49×c2(OH-)<Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17时不会生成Fe(OH)2沉淀，则c(OH-)<10-8，c(H+)=Kw/c(OH-)>10-6，所以pH不超过6。

（4）钛酸煅烧得中间产物的化学方程式为H2TiO3(s)TiO2(s)+H2O(g)，上述工艺流程中钛酸煅烧得到的中间产物与Cl2和焦炭在900℃时反应生成TiC14，所以生成TiCl4化学方程式为：2Cl2+TiO2+C TiCl4+CO2(或者2Cl2+TiO2+2C TiCl4+2CO)。若要TiO2(s)与Cl2(g)高温条件直接反应生成TiC14(l)和O2(g)，该反应极难进行，当向反应体系中加入焦炭后，根据化学平衡移动原理：①C与O2反应减小了O2的浓度使平衡向右移动，②C与O2反应放热，温度升高使平衡向右移动，促使反应顺利进行。

（5）利用TiCl4水解制TiO2·xH2O，根据原子守恒，该反应的化学方程式为：TiCl4+(x+2)H2O=TiO2xH2O+4HCl。