Question

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如下：

回答下列問題：

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

2Fe^3＋＋Fe === 3Fe^2＋

2TiO^2＋(無色) ＋Fe＋4H^＋ === 2Ti^3＋(紫色) ＋Fe^2＋＋2H₂O

Ti^3＋(紫色) ＋Fe^3＋＋H₂O === TiO^2＋(無色) ＋Fe^2＋＋2H^＋

加入鐵屑的作用是____________。

（2）在②→③工藝中需要控制條件以形成TiO₂·n H₂O溶膠，該分散質(zhì)顆粒直徑大小在_____________范圍。

（3）若把③中制得的固體TiO₂·n H₂O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，K_sp[Fe(OH)₃]＝2.79×10^-39,該溫度下反應(yīng)Fe (OH)₃＋3H^＋Fe^3＋ ＋H₂O的平衡常數(shù)K=_____________。

（4）已知：TiO₂ (s) ＋2 Cl₂ (g)=== TiCl₄(l) ＋O₂(g)    △H=+140KJ·mol^-1

2C(s) ＋O₂(g)=== 2CO(g)                       △H=—221KJ·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。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）。

（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。

	TiCl4	SiCl4
熔點/℃	－25.0	－68.8
沸點/℃	136.4	57.6

Answer 1

【解析】（1）根據(jù)題意給出方程式分析鐵屑的作用就是作為還原劑的，即：將Fe^3＋還原為Fe^2＋，另外浸出液顯紫色，說明含有Ti^3＋，防止Ti^3＋被Fe^3＋氧化成TiO^2＋。參考答案中“生成Ti^3＋保護Fe^2＋不被氧化。”有點讓人費解，能不能說成“防止Ti^3＋被Fe^3＋氧化成TiO^2＋”或者說“將TiO^2＋還原成Ti^3＋”。

（2）形成TiO₂·n H₂O溶膠，說明得到是膠體，其分散質(zhì)顆粒直徑大小為10^－9～10^－7m（或1nm～100nm）；

（3）K_sp[Fe(OH)₃]=c(Fe³⁺)×c³(OH^—)＝2.79×10^—39，25℃時，c(H⁺)×c(OH^—)＝Kw＝1×10^—14；反應(yīng)Fe (OH)₃＋3H^＋Fe^3＋ ＋H₂O的平衡常數(shù)K=＝＝＝2.79×10³。

此問設(shè)計精妙！利用數(shù)學(xué)關(guān)系巧妙代換求出反應(yīng)的平衡常數(shù)，命題者的獨具匠心可見一斑。

（4）涉及蓋斯定律計算，比較常規(guī)，按要求寫出方程式相加即可得出【答案】

TiO₂(s)＋ 2C(s)＋2Cl₂ (g)＝TiCl₄(l)＋2CO(g)　　　△H=—81KJ·mol^-1

（5）依據(jù)綠色化學(xué)理念，該工藝流程中存在的不足之處產(chǎn)生了廢氣，廢液，廢渣等。

（6）下表信息可以看出，SiCl₄、TiCl₄兩者的沸點相差較大，要精制含少量SiCl₄雜質(zhì)的TiCl₄可用蒸餾（或分餾）等方法。

這題是典型的化工流程題，問題設(shè)置不難。第（3）小問是亮點，精妙！個人覺得加上請計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K可能設(shè)問更清晰。

【答案】（1）使Fe³⁺還原為Fe²⁺；生成Ti³⁺保護Fe²⁺不被氧化。

      （2）10^－9m～10^－7m（或其他合理答案）；

      （3）2.79×10³；

      （4）TiO₂(s)＋ 2C(s)＋2Cl₂ (g)＝TiCl₄(l)＋2CO(g)　　　△H=—81KJ·mol^-1；

      （5）產(chǎn)生三廢（或其他合理答案）；

      （6）蒸餾（或分餾，或精餾）。