题目

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＋3H＋Fe3＋ ＋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 答案：【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，说明得到是胶体，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＋3H＋Fe3＋ ＋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）。

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