Question

四氯化鈦(TiCl₄)是制取航天航空工業材料——鈦合金的重要原料。由鈦鐵礦(主要成分是FeTiO₃)制備TiCl₄等產品的一種工藝流程示意如下：

回答下列問題：
(1)往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液仍呈強酸性。該過程中有如下反應發生：
2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋
2TiO^2＋(無色)＋Fe＋4H^＋=2Ti^3＋(紫色)＋Fe^2＋＋2H₂O
Ti^3＋(紫色)＋Fe^3＋＋H₂O=TiO^2＋(無色)＋Fe^2＋＋2H^＋
加入鐵屑的作用是                               。
(2)在②→③工藝過程中需要控制條件以形成TiO₂·nH₂O溶膠，該溶膠的分散質顆粒直徑大小在       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，還可制得鈦白粉。已知25 ℃時，K_sp[Fe(OH)₃]＝2.79×10^－39，該溫度下反應Fe(OH)₃＋3H^＋??Fe^3＋＋3H₂O的平衡常數K＝       。
(4)已知：TiO₂(s)＋2Cl₂(g)=TiCl₄(l)＋O₂(g)  ΔH＝＋140 kJ·mol^－1
2C(s)＋O₂(g)=2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol^－1
寫出④中TiO₂和焦炭、氯氣反應生成液態TiCl₄和CO氣體的熱化學方程式：                               。
(5)上述工藝具有成本低、可用低品位礦物為原料等優點。依據綠色化學理念，該工藝流程中存在的不足之處是       (只要求寫出一項)。
(6)依據下表信息，要精制含少量SiCl₄雜質的TiCl₄，可采用       方法。

	TiCl4	SiCl4
熔點/℃	－25.0	－68.8
沸點/℃	136.4	57.6

 

Answer 1

(1)使Fe^3＋還原為Fe^2＋；保護TiO^2＋不被Fe^3＋氧化
(2)10^{－9 m}～10^{－7 m(}或其他合理答案)
(3)2.79×10³
(4)TiO₂(s)＋2Cl₂(g)＋2C(s)=TiCl₄(l)＋2CO(g)　ΔH＝－81 kJ·mol^－1
(5)產生三廢(或其他合理答案)
(6)蒸餾(或分餾或精餾)

(1)由題目所給的反應可以看出加入鐵屑使溶液中的Fe^3＋轉化為Fe^2＋，保護TiO^2＋不被Fe^3＋氧化。
(3)由K_sp[Fe(OH)₃]＝2.79×10^－39可得c(Fe^3＋)·c³(OH^－)＝2.79×10^－39
K＝＝＝＝2.79×10³。
(4)利用蓋斯定律：兩個熱化學方程式相加即得所要的熱化學方程式TiO₂(s)＋2Cl₂(g)＋2C(s)=TiCl₄(l)＋2CO(g)　ΔH＝－81 kJ·mol^－1。
(5)由工業流程圖可以得出該生產過程中產生了工業三廢。
(6)TiCl₄與SiCl₄的沸點差異很大，所以采用蒸餾的方法進行分離。