[题目]工业上用钛精矿(主要成分TiO2.矿粉中含有Fe.Al.Si.V等氧化物)制备海绵钛的基本思路是:氯化法生产TiCl4.还原.真空蒸馏法制备海绵钛(Ti).已知:①氯化过程中.其他元素均转化为最高价氯化物,②热还原过程中.可能会有副产物TiCl3,③常见物质熔沸点化合物TiCl4SiCl4FeCl3AlCl3VOCl3VOCl2MgCl2TiMg沸� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

【题目】工业上用钛精矿(主要成分TiO2，矿粉中含有Fe，Al，Si，V等氧化物)制备海绵钛的基本思路是：氯化法生产TiCl4、还原、真空蒸馏法制备海绵钛(Ti)。

已知：①氯化过程中，其他元素均转化为最高价氯化物；

②热还原过程中，可能会有副产物TiCl3；

③常见物质熔沸点

化合物	TiCl4	SiCl4	FeCl3	AlCl3	VOCl3	VOCl2	MgCl2	Ti	Mg
沸点	136	56	308	180(升华)	134	168	1412	3260	1090
熔点	-69	-25	304	190	-78.9	——	712	1668	648.9

回答下列问题：

(1)将钛精矿粉粹的目的是：_______________

(2)氯化过程中，TiO2发生的化学方程式①是：_____________

(3)物质1是________，步骤②中金属铜的作用是将VOCl3还原成VOCl2，其目的是_____________；

(4)工业上常用Mg或H2作还原剂，在Ar气氛下采用热还原法制海绵钛。

①镁不足时，TiCl4会因有副产物产生而导致产率会下降，副反应的化学方程式为_____________；此处采用真空蒸馏法除去海绵钛中的Mg和MgCl2，不采用常压蒸馏的原因是_______。

②根据图象，计算1173K时，反应2H2+TiCl4 =Ti+4HCl的△G=_________。

(G为自由能，图中△G是指在一定温度下，由单质生成对应物质的量化合物时的自由能变化。设此温度下，单质的生成自由能变化为0)

【答案】增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率 TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO SiCl4 使VOCl3还原为较高沸点的VOCl2，便于分离提纯TiCl4 3TiCl4+Ti4TiCl3 降低蒸馏温度，避免钛与空气中的氧气，氮气等物质反应 +140 kJ/mol

【解析】

钛精矿(主要成分TiO2，矿粉中含有Fe，Al，Si，V等氧化物)粉碎后与焦炭、Cl2在高温下发生反应：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，杂质Fe生成FeCl3，Al生成AlCl3，V变为VOCl3，Si变为SiCl4；然后冷却至室温，得到的尾气X主要含有CO，将粗TiCl4加入精馏塔1中加热至60℃，根据表格中物质的沸点可知只有SiCl4沸点低于60℃，所以得到物质1为SiCl4；将其它液体物质加入精馏塔2中，再加入金属Cu，并控制在一定温度，发生反应：Cu+2VOCl32VOCl2+CuCl2，使VOCl3还原为较高沸点的VOCl2，便于分离提纯TiCl4；将分离出VOCl2后的物质进入精馏塔3中，控制温度在T3，收集136℃的馏分，就得到纯净的TiCl4，然后用Mg还原，经真空蒸馏得到海绵钛。

(1)将钛精矿粉粹的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率，从而提高原料利用率；

(2)在氯化过程中，TiO2与C、Cl2在高温下发生氧化还原反应，产生TiCl4、CO，反应的化学方程式①是：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO；

(3)经上述分析可知物质1是沸点较低的SiCl4；步骤②中金属铜的作用是与VOCl3发生氧化还原反应：Cu+2VOCl32VOCl2+CuCl2，从而可使VOCl3还原为较高沸点的VOCl2，便于分离提纯TiCl4；

(4)①镁不足时，TiCl4会与反应产生的Ti发生副反应：3TiCl4+Ti4TiCl3，因有副产物产生而导致产率会下降；此处采用真空蒸馏法除去海绵钛中的Mg和MgCl2，而不采用常压蒸馏是根据压强对物质沸点的影响，真空蒸馏能够降低蒸馏温度，避免钛与空气中的氧气，氮气等物质反应；

②由于设此温度下，单质的生成自由能变化为0，根据图象可知，可知TiCl4的生成自由能为2×(-300) kJ/mol=600 kJ/mol，4 mol HCl的生成自由能为2×(-230 )kJ/mol=-460 kJ/mol，所以在1173K时，反应2H2+TiCl4 =Ti+4HCl的△G=600 kJ/mol-460 kJ/mol=+140 kJ/mol。

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（1）已知：CO2(g)+H2(g)H2O(g) +CO(g)　ΔH1 = + 41.1 kJmol-1

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2=－90.0 kJmol-1

写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式：_______。

（2）为提高CH3OH产率，理论上应采用的条件是_______（填字母）。

a.高温高压 b.低温低压 c.高温低压 d.低温高压

（3）250℃、在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g)，下图为不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反应物X平衡转化率变化曲线。

① 反应物X是_______（填“CO2”或“H2”）。

② 判断依据是_______。

（4）250℃、在体积为2.0L的恒容密闭容器中加入6mol H2、2mol CO2和催化剂，10min时反应达到平衡，测得c(CH3OH) = 0.75 mol· L－1。

① 前10min的平均反应速率v(H2)＝_______ mol·L－1·min －1。

② 化学平衡常数K = _______。

③ 催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择性有高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，四组实验数据如下：

实验编号	温度（K）	催化剂	CO2转化率（%）	甲醇选择性（%）
A	543	Cu/ZnO纳米棒	12.3	42.3
B	543	Cu/ZnO纳米片	11.9	72.7
C	553	Cu/ZnO纳米棒	15.3	39.1
D	span>553	Cu/ZnO纳米片	12.0	70.6