Question

13．四氯化鈦（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：

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：
2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺    2TiO²⁺（無色）+Fe+4H⁺═2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O
Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O═TiO²⁺（無色）+Fe²⁺+2H⁺
加入鐵屑的作用是生成Ti³⁺，保護Fe²⁺不被氧化．
（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10^-9～10^-7m（或1nm-100nm）范圍．
（3）寫出④中TiO₂和焦炭、氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式：TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（4）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產(chǎn)生了廢氣，廢液，廢渣等（只要求寫出一項 ）．
（5）依據(jù)表格信息，要精制含少量SiCl₄雜質(zhì)的TiCl₄，可采用蒸餾（或分餾）方法．

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

Answer 1

分析 鈦鐵礦中加入強酸，強酸性浸出液中含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液呈強酸性，該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（無色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，通過一系列過程得到綠礬FeSO₄.7H₂O和含有TiO²⁺溶液，將溶液處理得到TiO₂•nH₂O，將粗TiO₂和氯氣、焦炭混合加熱得到TiCl₄，發(fā)生反應(yīng)TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，得到的廢氣是SO₂，
（1）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，說明浸出液中含有Ti³⁺，由方程式可知，F(xiàn)e³⁺氧化為Ti³⁺；
（2）控制條件以形成TiO₂•n H₂O溶膠，說明得到膠體，其分散質(zhì)顆粒直徑大小為10^-9～10^-7m（或1nm-100nm）；
（3）根據(jù)上面的分析可知，④中TiO₂和焦炭、氯氣反應(yīng)生成TiCl₄和CO；
（4）綠色化學(xué)應(yīng)零污染、零排放，原子利用率100%．結(jié)合工藝流程三廢回答；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，SiCl₄、TiCl₄為液體，二者沸點相差較大，通常采取蒸餾方法分離．

解答 解：鈦鐵礦中加入強酸，強酸性浸出液中含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液呈強酸性，該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（無色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，通過一系列過程得到綠礬FeSO₄.7H₂O和含有TiO²⁺溶液，將溶液處理得到TiO₂•nH₂O，將粗TiO₂和氯氣、焦炭混合加熱得到TiCl₄，發(fā)生反應(yīng)TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，得到的廢氣是SO₂，
（1）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，說明浸出液中含有Ti³⁺，由方程式可知，F(xiàn)e³⁺氧化為Ti³⁺，加入鐵屑作還原劑，將Fe³⁺還原為Fe²⁺，防止Ti³⁺被Fe³⁺氧化成TiO²⁺，
故答案為：生成Ti³⁺，保護Fe²⁺不被氧化；
（2）控制條件以形成TiO₂•n H₂O溶膠，說明得到膠體，其分散質(zhì)顆粒直徑大小為10^-9～10^-7m（或1nm-100nm），
故答案為：10^-9～10^-7m（或1nm-100nm）；
（3）根據(jù)上面的分析可知，④中反應(yīng)方程式為TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案為：TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（4）由工藝流程可知，生成中產(chǎn)生廢氣，廢液，廢渣等，不符合綠色化學(xué)理念，
故答案為：產(chǎn)生了廢氣，廢液，廢渣等；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，SiCl₄、TiCl₄為液體，二者沸點相差較大，要精制含少量SiCl₄雜質(zhì)的TiCl₄，可采用蒸餾（或分餾）方法，
故答案為：蒸餾（或分餾）．

點評 本題考查學(xué)生閱讀題目獲取信息能力、氧化還原反應(yīng)、綠色化學(xué)、膠體、物質(zhì)分離提純等，難度不大，注意基礎(chǔ)知識的掌握利用．