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：

2Fe^3＋＋Fe === 3Fe^2＋

2TiO^2＋(无色) ＋Fe＋4H^＋ === 2Ti^3＋(紫色) ＋Fe^2＋＋2H₂O

Ti^3＋(紫色) ＋Fe^3＋＋H₂O === TiO^2＋(无色) ＋Fe^2＋＋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，K_sp[Fe(OH)₃]＝2.79×10^-39,该温度下反应Fe (OH)₃＋3H^＋Fe^3＋ ＋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）依据下表信息，要精制含少量SiCl₄杂质的TiCl₄ ，可采用_____________方法。

	TiCl4	SiCl4
熔点/℃	－25.0	－68.8
沸点/℃	136.4	57.6

Answer 1

【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Fe^3＋还原为Fe^2＋，另外浸出液显紫色，说明含有Ti^3＋，防止Ti^3＋被Fe^3＋氧化成TiO^2＋。参考答案中“生成Ti^3＋保护Fe^2＋不被氧化。”有点让人费解，能不能说成“防止Ti^3＋被Fe^3＋氧化成TiO^2＋”或者说“将TiO^2＋还原成Ti^3＋”。

（2）形成TiO₂·n H₂O溶胶，说明得到是胶体，其分散质颗粒直径大小为10^－9～10^－7m（或1nm～100nm）；

（3）K_sp[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＋3H^＋Fe^3＋ ＋H₂O的平衡常数K=＝＝＝2.79×10³。

此问设计精妙！利用数学关系巧妙代换求出反应的平衡常数，命题者的独具匠心可见一斑。

（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）下表信息可以看出，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。

这题是典型的化工流程题，问题设置不难。第（3）小问是亮点，精妙！个人觉得加上请计算该反应的平衡常数K可能设问更清晰。

【答案】（1）使Fe³⁺还原为Fe²⁺；生成Ti³⁺保护Fe²⁺不被氧化。

      （2）10^－9m～10^－7m（或其他合理答案）；

      （3）2.79×10³；

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

      （5）产生三废（或其他合理答案）；

      （6）蒸馏（或分馏，或精馏）。