Question

【題目】四氯化鈦(TiCl4)是制取航天航空工業材料——鈦合金的重要原料。由鈦鐵礦(主要成分是FeTiO3)制備TiCl4，同時獲得副產品甲的工業生產流程如下：

（1）已知酸浸反應FeTiO3+2H2SO4===FeSO4+TiOSO4+2H2O，則FeTiO3中鐵元素的化合價為___________。

（2）上述生產流程中加入鐵屑的目的是使Fe3+還原為Fe2+，且反應得到的溶液中含鈦元素的離子只有TiO2+，該過程發生的主要反應有：

①2Fe3++Fe===3Fe2+ ； ②2TiO2++Fe+4H+===2Ti3++Fe2++2H2O；③______________________________________。

（3）加熱TiOSO4溶液可制備TiO2·nH2O膠體，其反應的化學方程式為__________________。

（4）由TiO2·nH2O膠體制得固體TiO2·nH2O，再用酸清洗除去其中的Fe(OH)3雜質，還可制得鈦白粉。已知25℃時，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39，該溫度下反應Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O的平衡常數K＝___________________。

（5）可循環利用的物質是_________，副產品甲含結晶水，其化學式是_______________。

（6）依據下表信息，要精制含少量SiCl4雜質的TiCl4，可采用___________方法。

	TiCl4	SiCl4
熔點/℃	－25.0	－68.8
沸點/℃	136.4	57.6

Answer 1

【答案】+2 Ti3＋＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋＋Fe2＋＋2H＋ TiOSO4+(n+1)H2OTiO2·nH2O(膠體)+H2SO4 2.79×103 H2SO4 FeSO4·7H2O 蒸餾

【解析】

鈦鐵礦中加入強酸，強酸性浸出液中含有TiO2+、Fe2+、Fe3+等，再加入鐵屑充分反應，該過程中有如下反應發生：2Fe3++Fe=3Fe2+、2TiO2++Fe+4H+=2Ti3++Fe2++2H2O、Ti3＋＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋＋Fe2＋＋2H＋。溶液I經處理得到副產品綠礬FeSO4·7H2O和含有TiO2+的溶液II。將溶液II處理得到TiO2nH2O，煅燒后將粗TiO2和氯氣、焦炭混合加熱得到TiCl4，發生反應TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，并回收硫酸，據此分析解答。

(1) FeTiO3中鈦的化合價為+4價，氧為-2價，根據化合物中各元素化合價的代數和為0，則鐵元素的化合價為+2價；

(2)反應得到的溶液中含鈦元素的離子只有TiO2＋，該過程Ti3＋會繼續被Fe3＋氧化生成TiO2＋，根據氧化還原反應的配平得反應為Ti3＋＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋＋Fe2＋＋2H＋；

(3)加熱TiOSO4溶液水解可制備TiO2·nH2O 膠體，其反應的化學方程式為TiOSO4+(n+1)H2OTiO2·nH2O(膠體)+H2SO4；

(4)由Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39可得c(Fe3＋)·c3(OH－)＝2.79×10－39，反應Fe(OH)3＋3H＋Fe3＋＋3H2O的平衡常數K＝ ====2.79×103；

(5)溶液Ⅱ加熱過濾后回收硫酸，而溶解鈦鐵礦時用濃硫酸，故可循環利用的物質是H2SO4，溶液Ⅰ冷卻結晶后硫酸亞鐵析出，副產品甲含結晶水，其化學式是FeSO4·7H2O；

(6)依據表中信息，TiCl4與SiCl4的沸點差異很大，所以采用蒸餾的方法進行分離。