Question

四氯化鈦(TiCl4)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)制備TiCl4等產(chǎn)品的一種工藝流程示意圖如下：

(1)往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液仍呈強(qiáng)酸性。該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：

Fe+2Fe3+=3Fe2+

2TiO2+(無色)+Fe+4H+=2Ti3+(紫色)+Fe2++2H2O

Ti3+(紫色)+Fe3++H2O=TiO2+(無色)+Fe2++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(zhì)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雜質(zhì)，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(yīng)Fe(OH)3+3H+ Fe3++3H2O的平衡常數(shù)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(yīng)生成液態(tài)TiCl4和CO氣體的熱化學(xué)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(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)依據(jù)下表信息，要精制含少量SiCl4雜質(zhì)的TiCl4，可采用_______方法。

 

 

Answer 1

(1)使Fe3+還原為Fe2+；生成Ti3+保護(hù)Fe2+不被氧化

(2)10－9～10－7 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)產(chǎn)生三廢(或其他合理答案)

(6)蒸餾(或分餾或精餾)

【解析】(1)從圖中可以看出，①中加鐵屑的目的是得到富含TiO2+的溶液和綠礬(FeSO4·7H2O)，所以加入鐵屑的目的是將Fe3+還原為Fe2+。同時，生成的Ti3+能還原Fe3+為Fe2+，故其另一個作用是防止Fe2+被氧化成Fe3+。

(2)膠體的分散質(zhì)微粒直徑的大小在10－9～10－7 m之間。

(3)Fe(OH)3中存在如下沉淀溶解平衡：

Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH－(aq)，

Ksp［Fe(OH)3］＝c(Fe3+)·c3(OH－)＝2.79×10－39，

Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O，

(4)先寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(l)+2CO(g)，將兩個熱化學(xué)方程式相加即得目標(biāo)方程式，所以ΔH＝140 kJ·mol－1－221 kJ·mol－1＝－81 kJ·mol－1。

(5)該反應(yīng)產(chǎn)生廢渣、廢液和廢氣，不符合綠色化學(xué)的零排放要求。

(6)TiCl4和SiCl4的沸點(diǎn)相差較大，可以用蒸餾的方法將二者分離。