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(主要成为是FeTiO₃)制备TiCl₄等产品的一种工艺流程示意如下：

回答下列问题：

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：

2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋

2TiO^2＋(无色)＋Fe＋4H^＋=2Ti^3＋(紫色) ＋Fe^2＋＋2H₂O

Ti^3＋(紫色)＋Fe^3＋＋H₂O=TiO^2＋(无色)＋Fe^2＋＋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，还可以制得钛白粉。已知25 ℃时，K_sp[Fe(OH)₃]＝2.79×10^－39，该温度下反应Fe(OH)₃＋3H^＋Fe^3＋＋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的，可采用         方法。

	TiCl4	SiCl4
熔点/℃	－25.0	－68.8
沸点/℃	136.4	57.6

 

 

Answer 1

【答案】

(12分，每空2分）　（1）使Fe^3＋还原为Fe^2＋；生成Ti^3＋，保护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）产生三废(其他合理答案也可)   （6）蒸馏(或分馏，或精馏)

【解析】

试题分析：（1）根据题意给出方程式分析铁屑的作用就是作为还原剂的，即：将Fe^3＋还原为Fe^2＋，另外浸出液显紫色，说明含有Ti^3＋，防止Ti^3＋被Fe^3＋氧化成TiO^2＋。参考答案中“生成Ti^3＋保护Fe^2＋不被氧化。”有点让人费解，能不能说成“防止Ti^3＋被Fe^3＋氧化成TiO^2＋”或者说“将TiO^2＋还原成Ti^3＋”。

（2）形成TiO₂·n H₂O溶胶，说明得到是胶体，其分散质颗粒直径大小为10^－9～10^－7m（或1nm～100nm）。

（3）K_sp[Fe(OH)₃]＝c(Fe³⁺)×c³(OH^—)＝2.79×10^—39，25℃时，c(H⁺)×c(OH^—)＝Kw＝1×10^—14；反应Fe (OH)₃＋3H^＋Fe^3＋ ＋H₂O的平衡常数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，依据盖斯定律①+②得到：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂ （g）=TiCl₄（l）+2CO（g），则反应热△H＝+140KJ•mol^-1－221KJ•mol^-1＝－81KJ•mol^-1。

（5）依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处产生了废气，废液，废渣等。

（6）由表中信息可以看出，SiCl₄、TiCl₄两者的沸点相差较大，要精制含少量SiCl₄杂质的TiCl₄可用蒸馏（或分馏）等方法。

考点：考查工艺流程题的有关判断

点评：该题是典型的化工流程题，问题设置不难，涉及到氧化还原反应、绿色化学、胶体、物质分离提纯，平衡常数计算，溶度积常数的计算应用，盖斯定律的计算应用等。主要是考查学生阅读题目获取信息能力和知识的迁移能力，有利于调动学生的学习兴趣，激发学生的学习积极性，提高学生的应试能力和学科素养。答题时注意基础知识的掌握利用，注意相关知识的积累和总结。