问题 问答题

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工艺中需要控制条件以形成TiO2•nH2O溶胶,该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++H2O的平衡常数K=______.

(4)已知:TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(l)+O2(g)△H=+140kJ•mol-1;2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H=-221kJ•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)依据如表信息,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)往①中加入铁屑至浸出液显紫色,说明浸出液中含有Ti3+,由方程式可知,Fe3+氧化为Ti3+,加入铁屑作还原剂,将Fe3+还原为Fe2+,防止Ti3+被Fe3+氧化成TiO2+

故答案为:防止Ti3+被Fe3+氧化成TiO2+

(2)控制条件以形成TiO2•n H2O溶胶,说明得到胶体,其分散质颗粒直径大小为10-9~10-7m(或1nm-100nm),

故答案为:10-9~10-7m(或1nm-100nm);

(3)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=2.79×10-39,反应Fe (OH)3+3H+⇌Fe3++H2O的平衡常数K=

c(Fe3+)
c3(H+)
=
c(Fe3+)
(
10-14
c(OH-)
)3
=c(Fe3+)×c3(OH-)×1042=2.79×10-39×1042=2.79×103

故答案为: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)△H=-81KJ•mol-1

故答案为:TiO2(s)+2C(s)+2Cl2 (g)=TiCl4(l)+2CO(g)△H=-81KJ•mol-1

(5)由工艺流程可知,生成中产生废气,废液,废渣等,不符合绿色化学理念,

故答案为:产生了废气,废液,废渣等;

(6)由表中数据可知,SiCl4、TiCl4为液体,二者沸点相差较大,要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4,可采用蒸馏(或分馏)方法,

故答案为:蒸馏(或分馏);

选择题
单项选择题 A3/A4型题