Question

（2011?福建）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如下：

回答下列問(wèn)題：
（1）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時(shí)溶液仍呈強(qiáng)酸性．該過(guò)程中有如下反應(yīng)發(fā)生．
2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺
2TiO²⁺（無(wú)色）+Fe+4H⁺═2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O
Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O═TiO²⁺（無(wú)色）+Fe²⁺+2H⁺
加入鐵屑的作用是

防止Ti³⁺被Fe³⁺氧化成TiO²⁺

．
（2）在②→③工藝中需要控制條件以形成TiO₂?nH₂O溶膠，該分散質(zhì)顆粒直徑大小在

1nm-100nm

范圍．
（3）若把③中制得的固體TiO₂?nH₂O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(shí)，K_sp[Fe（OH）₃]=2.79×10^-39，該溫度下反應(yīng)Fe（OH）₃+3H^+?Fe³⁺+H₂O的平衡常數(shù)K=

2.79×10³

．
（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
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：

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

．
（5）上述工藝具有成本低、可用低品位礦物為原料等優(yōu)點(diǎn)．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(xiàng)）．
（6）依據(jù)如表信息，要精制含少量SiCl₄雜質(zhì)的TiCl₄，可采用

蒸餾（或分餾）等方法

方法．

	TiCl4	SiCl4
熔點(diǎn)/℃	-25.0	-68.8
沸點(diǎn)/℃	136.4	57.6

Answer 1

分析：（1）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，說(shuō)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(shuō)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）依據(jù)平衡常數(shù)的概念結(jié)合反應(yīng)寫出計(jì)算式計(jì)算平衡濃度得到；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算分析得到；
（5）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；
（6）由表中數(shù)據(jù)可知，SiCl₄、TiCl₄為液體，二者沸點(diǎn)相差較大，通常采取蒸餾方法分離．

解答：解：（1）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，說(shuō)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：防止Ti³⁺被Fe³⁺氧化成TiO²⁺；
（2）控制條件以形成TiO₂?n H₂O溶膠，說(shuō)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）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.79×10^-39，反應(yīng)Fe （OH）₃+3H^+?Fe³⁺+H₂O的平衡常數(shù)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．
故答案為：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
依據(jù)蓋斯定律①+②得到：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂ （g）=TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81KJ?mol^-1；
故答案為：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂ （g）=TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81KJ?mol^-1
（5）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；
（6）由表中數(shù)據(jù)可知，SiCl₄、TiCl₄為液體，二者沸點(diǎn)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(diǎn)評(píng)：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，平衡常數(shù)計(jì)算，溶度積常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用，蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用等，難度不大，注意基礎(chǔ)知識(shí)的掌握利用．