问题 填空题

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(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下:

回答下列问题:

(1)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:

2Fe3+Fe=3Fe2

2TiO2(无色)+Fe+4H=2Ti3(紫色)+Fe2+2H2O

Ti3(紫色)+Fe3+H2O=TiO2(无色)+Fe2+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,还可制得钛白粉。已知25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.79×10-39,该温度下反应Fe(OH)3+3HFe3+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、氯气反应生成液态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,可采用       方法。

 TiCl4SiCl4
熔点/℃-25.0-68.8
沸点/℃136.457.6
 

答案

(1)使Fe3还原为Fe2;保护TiO2不被Fe3氧化

(2)10-9 m~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)产生三废(或其他合理答案)

(6)蒸馏(或分馏或精馏)

(1)由题目所给的反应可以看出加入铁屑使溶液中的Fe3转化为Fe2,保护TiO2不被Fe3氧化。

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

K==2.79×103

(4)利用盖斯定律:两个热化学方程式相加即得所要的热化学方程式TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-81 kJ·mol-1

(5)由工业流程图可以得出该生产过程中产生了工业三废。

(6)TiCl4与SiCl4的沸点差异很大,所以采用蒸馏的方法进行分离。

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