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试题详情

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·n H2O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·n H2O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+3HFe3+ +H2O的平衡常数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

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)依据右表信息,要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4 ,可采用_____________方法。

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试题答案

见解析。

试题解析

(1)根据题意给出方程式分析铁屑的作用就是作为还原剂的,即:将Fe3+还原为Fe2+,另外浸出液显紫色,说明含有Ti3+,防止Ti3+被Fe3+氧化成TiO2+。参考答案中“生成Ti3+保护Fe2+不被氧化。”有点让人费解,能不能说成“防止Ti3+被Fe3+氧化成TiO2+”或者说“将TiO2+还原成Ti3+”。

(2)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);

(3)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH)=2.79×10—39,25℃时,c(H+)×c(OH)=Kw=1×10—14;反应Fe (OH)3+3HFe3+ +H2O的平衡常数K==2.79×103

(4)涉及盖斯定律计算,比较常规,按要求写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)依据绿色化学理念,该工艺流程中存在的不足之处产生了废气,废液,废渣等。

(6)右表信息可以看出,SiCl4,TiCl4两者的沸点相差较大,要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4可用蒸馏(或分馏)等方法。

少年,再来一题如何?
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