Question

15．工業(yè)上由鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃，含F(xiàn)e₂O₃、A1₂O₃、FeO、SiO₂等雜質(zhì)）制備TiCl₄的工藝流程如圖：

已知：①酸浸  FeTiO₃（s）+2H₂SO₄（aq）═FeSO₄（aq）+TiOSO₄（sq）+2H₂O（l）
②水解  TiOSO₄（aq）+2H₂O（l）$\frac{\underline{\;90℃\;}}{\;}$H₂TiO₃（s）+H₂SO₄（aq）
③煅燒  H₂TiO₃（s）$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$TiO₂（s）+H₂O（g）
（1）FeTiO₃中鈦元素的化合價(jià)為+4，試劑A為Fe．
（2）堿浸過(guò)程發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O．
（3）酸浸后需將溶液溫度冷卻至70℃左右，若溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品收率過(guò)低，原因是溫度過(guò)高水導(dǎo)致TiOSO₄提前水解生成H₂TiO₃沉淀．
（4）上述流程中氯化過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)方程式為TiO₂+C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$ TiCl₄ +CO₂．
已知TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（1）+O₂（g）△H=+15l kJ•mol^-1．該反應(yīng)極難進(jìn)行，當(dāng)向反應(yīng)體系中加入碳后，則反應(yīng)在高溫條件下能順利發(fā)生．從化學(xué)平衡的角度解釋原因是C與氧氣反應(yīng)減小氧氣濃度，使平衡正向移動(dòng)，C與氧氣反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，使平衡正向移動(dòng)，促使反應(yīng)順利進(jìn)行．
（5）TiCl₄極易水解，利用此性質(zhì)可制備納米級(jí)TiO₂•xH₂O，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是TiCl₄+（x+2）H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl．

Answer 1

分析 鈦鐵礦用氫氧化鈉溶液溶解，氧化鋁、二氧化硅反應(yīng)溶解，過(guò)濾得到鈦鐵礦精礦中主要含有FeTiO₃、Fe₂O₃、FeO，再用濃硫酸處理，得到強(qiáng)酸性溶液中含有TiOSO₄、Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄及未反應(yīng)的硫酸等，加入試劑A后冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾得到硫酸亞鐵晶體，則A為Fe，將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺．濾液進(jìn)行水解得到H₂TiO₃，用硫酸洗去雜化，再煅燒得到TiO₂，TiO₂、C、Cl₂反應(yīng)得到TiCl₄及CO₂．
（1）反應(yīng)①為非氧化還原反應(yīng)，結(jié)合化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算；
（2）氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與水，二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉與水；
（3）溫度過(guò)高水導(dǎo)致TiO²⁺水解；
（4）氯化過(guò)程是TiO₂、C、Cl₂反應(yīng)得到TiCl₄及CO₂；
C與氧氣反應(yīng)降低氧氣濃度，C與氧氣反應(yīng)為放熱反應(yīng)，有利于平衡正向移動(dòng)；
（5）TiCl₄極易水解得到TiO₂•xH₂O，還生成HCl．

解答 解：鈦鐵礦用氫氧化鈉溶液溶解，氧化鋁、二氧化硅反應(yīng)溶解，過(guò)濾得到鈦鐵礦精礦中主要含有FeTiO₃、Fe₂O₃、FeO，再用濃硫酸處理，得到強(qiáng)酸性溶液中含有TiOSO₄、Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄及未反應(yīng)的硫酸等，加入試劑A后冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾得到硫酸亞鐵晶體，則A為Fe，將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺．濾液進(jìn)行水解得到H₂TiO₃，用硫酸洗去雜化，再煅燒得到TiO₂，TiO₂、C、Cl₂反應(yīng)得到TiCl₄及CO₂．
（1）反應(yīng)①為非氧化還原反應(yīng)，結(jié)合化合價(jià)代數(shù)和為0，可知FeTiO₃中鈦元素的化合價(jià)為+4，由上述分析可知A為Fe，
故答案為：+4；Fe；
（2）氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與水，二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉與水，相應(yīng)反應(yīng)離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（3）溫度過(guò)高水導(dǎo)致TiOSO₄提前水解生成H₂TiO₃沉淀，Ti元素利用率減小，
故答案為：溫度過(guò)高水導(dǎo)致TiOSO₄提前水解生成H₂TiO₃沉淀；
（4）氯化過(guò)程是TiO₂、C、Cl₂反應(yīng)得到TiCl₄及CO₂，反應(yīng)方程式為：TiO₂+C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$ TiCl₄ +CO₂，
C與氧氣反應(yīng)減小氧氣濃度，使平衡正向移動(dòng)，C與氧氣反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，使平衡正向移動(dòng)，促使反應(yīng)順利進(jìn)行，
故答案為：TiO₂+C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$ TiCl₄ +CO₂；C與氧氣反應(yīng)減小氧氣濃度，使平衡正向移動(dòng)，C與氧氣反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，使平衡正向移動(dòng)，促使反應(yīng)順利進(jìn)行；
（5）TiCl₄極易水解得到TiO₂•xH₂O，還生成HCl，反應(yīng)方程式為：TiCl₄+（x+2）H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl，
故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵是對(duì)工藝流程原理的理解，注意分析工藝流程中試劑線、原理線、操作線，要求學(xué)生具有一定分析和解決問(wèn)題的能力，題目難度中等．