Question

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图1：

回答下列问题：
（1）钛铁矿酸浸前要粉碎成细颗粒的目的是

 

；
（2）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液呈强酸性，该过程中有如下反应发生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（无色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，加入铁屑的作用是

 

；
（3）若焦炭足量，写出④中发生的化学方程式

 

；
（4）依据表中信息，要精制含少量SiCl₄杂质的TiCl₄可采用

 

方法．

	TiCl4	SiCl2
熔点/℃	-25.0	-68.8
沸点/℃	136.4	57.6

（5）成品TiCl₄制备TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂?nH₂O，再经焙烧制得，请写出TiCl₄水解的化学方程式

 

．水解时需加入大量的水并加热其原因为

 

（6）工业上也可由H₄TiO₄制得钛白粉TiO₂?TiO₂直接电解还原法（剑桥法）生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的CaCl₂，原理如图2所示，阴极的电极反应为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：

分析：钛铁矿中加入强酸，强酸性浸出液中含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液呈强酸性，该过程中有如下反应发生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（无色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，通过一系列过程得到绿矾FeSO₄.7H₂O和含有TiO²⁺溶液，将溶液处理得到TiO₂?nH₂O，将粗TiO₂和氯气、焦炭混合加热得到TiCl₄，发生反应TiO₂+2C+2Cl₂

△   .

TiCl₄+2CO，得到的废气是SO₂，
（1）反应物接触面积越大，反应速率越快；
（2）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液呈强酸性，该过程中有如下反应发生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（无色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，铁能将铁离子、TiO²⁺还原，从而防止亚铁离子被氧化；
（3）若焦炭足量，根据反应物、生成物、反应条件书写方程式；
（4）熔沸点不同的液体可以采用蒸馏的方法分离；
（5）TiCl₄水解生成TiO₂?nH₂O，同时生成HCl；水解是吸热反应，升高温度促进水解；
（6）工业上也可由H₄TiO₄制得钛白粉TiO₂，TiO₂直接电解还原法（剑桥法）生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的CaCl₂，阴极上TiO₂得电子发生还原反应．

解答： 解：钛铁矿中加入强酸，强酸性浸出液中含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液呈强酸性，该过程中有如下反应发生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（无色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，通过一系列过程得到绿矾FeSO₄.7H₂O和含有TiO²⁺溶液，将溶液处理得到TiO₂?nH₂O，将粗TiO₂和氯气、焦炭混合加热得到TiCl₄，发生反应TiO₂+2C+2Cl₂

△   .

TiCl₄+2CO，得到的废气是SO₂，
（1）反应物接触面积越大，反应速率越快，钛铁矿酸浸前要粉碎成细颗粒的目的增大反应物接触面积，加快反应速率，从而提高浸出率，
故答案为：增大接触面积，加快浸出反应速率，提高浸出率；
（2）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液呈强酸性，该过程中有如下反应发生：2 Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（无色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，铁能将铁离子、TiO²⁺还原，从而防止亚铁离子被氧化，所以加入铁屑的作用是使Fe³⁺还原为Fe²⁺，保护Fe²⁺不被氧化，
故答案为：使Fe³⁺还原为Fe²⁺，保护Fe²⁺不被氧化；
（3）根据以上分析知，若焦炭足量，C作还原剂、氯气作氧化剂，反应生成四氯化钛、CO，反应方程式为TiO₂+2C+2Cl₂

△   .

TiCl₄+2CO，故答案为：TiO₂+2C+2Cl₂

△   .

TiCl₄+2CO；
（4）熔沸点不同的液体可以采用蒸馏的方法分离，二者熔沸点不同且互溶，可以采用蒸馏方法分离，故答案为：蒸馏；
（5）TiCl₄水解生成TiO₂?nH₂O，同时生成HCl，水解方程式为TiCl₄+（2+n）H₂O=TiO₂．nH₂O↓+4HCl；水解是吸热反应，且升高温度促进HCl挥发，加入大量水并加热都能使水解反应向正反应方向移动，从而促进水解趋于完全，
故答案为：TiCl₄+（2+n）H₂O=TiO₂．nH₂O↓+4HCl；加入大量水并加热都能使水解反应向正反应方向移动，从而促进水解趋于完全；
（6）工业上也可由H₄TiO₄制得钛白粉TiO₂，TiO₂直接电解还原法（剑桥法）生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的CaCl₂，阴极上TiO₂得电子发生还原反应，电极反应式为TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-，故答案为：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-．

点评：本题考查物质的分离和提纯综合应用，为高考高频点，涉及电解原理、盐类水解、反应速率的影响因素、氧化还原反应等知识点，综合性较强，明确流程图每一步发生的反应，熟练掌握基本原理即可解答，题目难度中等．