Question

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(主要成為是FeTiO₃)制備TiCl₄等產品的一種工藝流程示意如下：

回答下列問題：
往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液仍呈強酸性。該過程中有如下反應發生：
2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋
2TiO^2＋(無色)＋Fe＋4H^＋=2Ti^3＋(紫色) ＋Fe^2＋＋2H₂O
Ti^3＋(紫色)＋Fe^3＋＋H₂O=TiO^2＋(無色)＋Fe^2＋＋2H^＋
加入鐵屑的作用是                                                              。
（2）在②→③工藝過程中需要控制條件以形成TiO₂·nH₂O溶膠，該溶膠的分散質顆粒直徑大小在                 范圍。
（3）若把③中制得的固體TiO₂·nH₂O用酸清洗除去其中的Fe(OH)₃雜質，還可以制得鈦白粉。已知25 ℃時，K_sp[Fe(OH)₃]＝2.79×10^－39，該溫度下反應Fe(OH)₃＋3H^＋Fe^3＋＋3H₂O的平衡常數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
寫出④中TiO₂和焦炭、氯氣反應生成TiCl₄和CO氣體的熱化學方程式：                                                       。
（5）上述工藝具有成本低、可用低品位礦物為原料等優點。依據綠色化學理念，該工藝流程中存在的不足之處是         (只要求寫出一項)。
（6）依據下表信息，要精制含少量SiCl₄雜質的TiCl₄的，可采用        方法。

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

 

Answer 1

(12分，每空2分）　（1）使Fe^3＋還原為Fe^2＋；生成Ti^3＋，保護Fe^2＋不被氧化
（2）10^－9m～10^－7m(其他合理答案也可)  （3）2.79×10³
（4）TiO₂(s)＋2Cl₂(g)＋2C(s)＝TiCl₄(l)＋2CO(g)　ΔH＝－81 kJ·mol^－1
（5）產生三廢(其他合理答案也可)  （6）蒸餾(或分餾，或精餾)

解析試題分析：（1）根據題意給出方程式分析鐵屑的作用就是作為還原劑的，即：將Fe^3＋還原為Fe^2＋，另外浸出液顯紫色，說明含有Ti^3＋，防止Ti^3＋被Fe^3＋氧化成TiO^2＋。參考答案中“生成Ti^3＋保護Fe^2＋不被氧化。”有點讓人費解，能不能說成“防止Ti^3＋被Fe^3＋氧化成TiO^2＋”或者說“將TiO^2＋還原成Ti^3＋”。
（2）形成TiO₂·n H₂O溶膠，說明得到是膠體，其分散質顆粒直徑大小為10^－9～10^－7m（或1nm～100nm）。
（3）K_sp[Fe(OH)₃]＝c(Fe³⁺)×c³(OH^—)＝2.79×10^—39，25℃時，c(H⁺)×c(OH^—)＝Kw＝1×10^—14；反應Fe (OH)₃＋3H^＋Fe^3＋＋H₂O的平衡常數K=＝＝＝2.79×10³。
（4）①TiO₂ （s）+2Cl₂ （g）═TiCl₄（l）+O₂（g） △H＝+140KJ?mol^-1 ；②2C（s）+O₂（g）═2CO（g） △H＝－221KJ?mol^-1，依據蓋斯定律①+②得到：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂ （g）=TiCl₄（l）+2CO（g），則反應熱△H＝+140KJ?mol^-1－221KJ?mol^-1＝－81KJ?mol^-1。
（5）依據綠色化學理念，該工藝流程中存在的不足之處產生了廢氣，廢液，廢渣等。
（6）由表中信息可以看出，SiCl₄、TiCl₄兩者的沸點相差較大，要精制含少量SiCl₄雜質的TiCl₄可用蒸餾（或分餾）等方法。
考點：考查工藝流程題的有關判斷
點評：該題是典型的化工流程題，問題設置不難，涉及到氧化還原反應、綠色化學、膠體、物質分離提純，平衡常數計算，溶度積常數的計算應用，蓋斯定律的計算應用等。主要是考查學生閱讀題目獲取信息能力和知識的遷移能力，有利于調動學生的學習興趣，激發學生的學習積極性，提高學生的應試能力和學科素養。答題時注意基礎知識的掌握利用，注意相關知識的積累和總結。