题目内容

【题目】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++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。


TiCl4

SiCl4

熔点/℃

-25.0

-68.8

沸点/℃

136.4

57.6

【答案】(1)使Fe3+还原为Fe2+;保护TiO2+不被Fe3+氧化

(2)10-9 m~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】试题分析:(1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色,说明浸出液中含有钛离子,由方程式可知,铁离子氧化钛离子,加入铁屑做还原剂,将铁离子还原为亚铁离子,生成Ti3+,保护Fe2+不被氧化。(2)控制调价以形成溶胶,说明得到胶体,其分散质颗粒直径为10-9~10-7m。(3)平衡常数=c(Fe3+)/(H+)3=Ksp/KW=2.79×10-39/(10-14)3=2.79×103。(4)根据盖斯定律分析反应①+反应②即可,得到热化学方程式为: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。(6)由表中数据分析可知,SiCl 4和TiCl 4,为液体,要精制含有少量SiCl 4杂质的TiCl 4,可采用蒸馏或分馏的方法。

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(1)CO与Cl2在催化剂的作用下合成光气(COCl2)。某温度下,向2L的密闭容器中投入一定量的CO和Cl2,在催化剂的作用下发生反应:CO(g) +Cl2(g) COCl2(g) ;ΔH = a kJ/mol反应过程中测定的部分数据如下表:

t/min

n(CO)/mol

n(Cl2)/mol

0

1.20

0.60

1

0.90

2

0.80

4

0.20

①反应0~2min末的平均速率v(COCl2)=______mol/(L·min)。

②在2min~4min间,v正(Cl2) _________v逆(CO) (填“>”、“=”或“<”), 该温度下K = _____。

③ 已知X、L可分别代表温度或压强,下图表示L一定时,CO的 转化率随X的变化关系。

X代表的物理量是 __________;a_____ 0 (填“>”,“=”,“<”)。

(2)在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体: 2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2 (g) ;ΔH=-748 kJ·mol-1

①一定条件下,单位时间内不同温度下测定的氮氧化物转化率如图1所示。温度高于710K时,随温度的升高氮氧化物转化率降低的原因可能是 ________________ 。

②已知:测定空气中NO和CO 含量常用的方法有两种:方法1:电化学气敏传感器法。其中CO传感器的工作原理如图2所示,则工作电极的反应式为________________。方法2:氧化还原滴定法。用H2O2溶液吸收尾气、将氮氧化物转化为强酸,用酸碱中和滴定法测定强酸依度。写出NO 与H2O2溶液反应的离子方程式:________________________________。

(3)NO2 会污染环境,可用Na2CO3 溶液吸收NO2 并生成CO2,已知9.2g NO2气体和Na2CO3 溶液完全反应时转移电子0.1mol,恰好反应后,使得溶液中的CO2完全逸出,所得溶液呈弱碱性,则溶液中存在的所有离子浓度大小关系是_____________________。

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