Question

【題目】四氯化鈦是制取海綿鈦和氯化法鈦白(二氧化鈦)的主要原料，用于制造顏料和鈦有機(jī)化合物以及國(guó)防上用的煙幕劑。同時(shí)也是制取航天航空工業(yè)材料——鈦合金的重要原料，由鈦鐵礦(主要成分是FeTiO3，含有少量Fe2O3、SiO2、Al2O3等雜質(zhì))，制備TiCl4等產(chǎn)品的一種工藝流程如下：

已知：

Ⅰ.①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時(shí)溶液仍呈強(qiáng)酸性。該過(guò)程中有如下反應(yīng)發(fā)生：

2Fe3++Fe===3Fe2+、2TiO2+(無(wú)色)+Fe+4H+===2Ti3+(紫色)+Fe2++2H2O、Ti3+(紫色)+ Fe3++ H2O===2TiO2+(無(wú)色)+ Fe2++2H+；

Ⅱ.四氯化鈦的熔點(diǎn)-25.0℃，沸點(diǎn)136.4℃，SiCl4的熔點(diǎn)-68.8℃，沸點(diǎn)57.6℃。

回答下列問題：

(1)用鹽酸酸浸時(shí)，為使酸浸速率加快，可采取的措施是：________________(至少寫2條)，發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為：___________。

(2)廢渣的成分是_______。

(3)如何檢驗(yàn)富含TiO2+溶液中是否還含鐵元素_____________。

(4)若將制得的固體TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3雜質(zhì)，還可制得鈦白粉。已知25℃時(shí)，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____。

(5)上述工藝具有成本低、可用低品位礦物為原料等優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)綠色化學(xué)理念，該工藝流程中存在的不足之處是_______(只要求寫出一項(xiàng))。

(6)要精制含少量SiCl4雜質(zhì)的TiCl4，可采用的方法是_______。

(7)用TiCl4水解生成TiO2·nH2O，經(jīng)過(guò)濾、水洗除去其中的Clˉ，再烘干、焙燒除去水分得到粉體TiO2．寫出TiCl4水解生成TiO2·nH2O的化學(xué)方程式__________________。

Answer 1

【答案】適當(dāng)增大鹽酸濃度；適當(dāng)升高溫度；攪拌、減小鈦鐵礦粒徑等 FeTiO3+4H+=Fe2++TiO2++2H2O SiO2 取少量溶液，加入KSCN溶液，若不變紅，再加入氯水，仍然不變紅，說(shuō)明溶液中不含鐵元素 4.0×104 沒有對(duì)“三廢”進(jìn)行合理的處理或回收再利用等 蒸餾(或分餾) TiCl4+(n+2)H2OTiO2·nH2O+4HCl

【解析】

鈦鐵礦(主要成分是FeTiO3，含有少量Fe2O3、SiO2、Al2O3等雜質(zhì))加入足量鹽酸，得到的濾渣為不溶于酸的SiO2，得到含TiO2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等離子的強(qiáng)酸性浸出液，加入足量的鐵粉至浸出液顯紫色，鐵元素轉(zhuǎn)化為Fe2+；經(jīng)系列處理得到綠礬和富含TiO2+的溶液，向溶液中加熱水促進(jìn)TiO2+的水解，生成TiO2·nH2O，焙燒分解得到TiO2，在與氯氣、焦炭混合反應(yīng)得到TiCl4，廢氣主要是二氧化碳。

(1)適當(dāng)增大鹽酸濃度；適當(dāng)升高溫度；攪拌、減小鈦鐵礦粒徑等都可以加快浸取速率；該過(guò)程主要發(fā)生FeTiO3和鹽酸的反應(yīng)，根據(jù)題目信息可知反應(yīng)過(guò)程中Ti元素生成TiO2+，結(jié)合元素守恒和電荷守恒可得離子方程式為FeTiO3+4H+=Fe2++TiO2++2H2O；

(2)廢渣為不溶于鹽酸的SiO2;

(3)鐵元素可能以Fe2+或Fe3+的形式存在，取少量溶液，加入KSCN溶液，若不變紅，則不含Fe3+，再加入氯水，仍然不變紅，則不含Fe2+，綜上說(shuō)明溶液中不含鐵元素；

(4)Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O的平衡常數(shù)K===4.0×104；

(5)根據(jù)圖示，該工藝流程中存在的不足之處是：流程中的廢渣、廢液、廢氣沒有進(jìn)行合理的處理或回收再利用等；

(6)四氯化鈦的熔點(diǎn)-25.0℃，沸點(diǎn)136.4℃，SiCl4的熔點(diǎn)-68.8℃，沸點(diǎn)57.6℃，二者的沸點(diǎn)差異較大，所以可以用分餾的方法分離；

(7)TiCl4水解生成TiO2·nH2O的化學(xué)方程式為TiCl4+(n+2)H2OTiO2·nH2O+4HCl。