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

Question

四氯化钛(TiCl ₄ )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FeTiO ₃ )制备TiCl ₄ 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 ＋} ＋2H ₂ O
Ti ^{3 ＋} (紫色)＋Fe ^{3 ＋} ＋H ₂ O=TiO ^{2 ＋} (无色)＋Fe ^{2 ＋} ＋2H ^＋
加入铁屑的作用是                                 。
(2)在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO ₂ ·nH ₂ O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在         范围。
(3)若把③中制得的固体TiO ₂ ·nH ₂ O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 ＋} ＋3H ₂ O的平衡常数K＝         。
(4)已知：TiO ₂ (s)＋2Cl ₂ (g)=TiCl ₄ (l)＋O ₂ (g)  ΔH＝＋140 kJ·mol ^－1
2C(s)＋O ₂ (g)=2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol ^－1
写出④中TiO ₂ 和焦炭、氯气反应生成液态TiCl ₄ 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SiCl ₄ 杂质的TiCl ₄ ，可采用         方法。

	TiCl 4	SiCl 4
熔点/℃	－25.0	－68.8
沸点/℃	136.4	57.6

 

Answer 1

(1)使Fe ^{3 ＋} 还原为Fe ^{2 ＋} ；保护TiO ^{2 ＋} 不被Fe ^{3 ＋} 氧化
(2)10 ^{－9 m} ～10 ^{－7 m(} 或其他合理答案)
(3)2.79×10 ³
(4)TiO ₂ (s)＋2Cl ₂ (g)＋2C(s)=TiCl ₄ (l)＋2CO(g)　ΔH＝－81 kJ·mol ^－1
(5)产生三废(或其他合理答案)
(6)蒸馏(或分馏或精馏)

(1)由题目所给的反应可以看出加入铁屑使溶液中的Fe ^{3 ＋} 转化为Fe ^{2 ＋} ，保护TiO ^{2 ＋} 不被Fe ^{3 ＋} 氧化。
(3)由K _sp [Fe(OH) ₃ ]＝2.79×10 ^－39 可得c(Fe ^{3 ＋} )·c ³ (OH ^－ )＝2.79×10 ^－39
K＝ ＝ ＝ ＝2.79×10 ³ 。
(4)利用盖斯定律：两个热化学方程式相加即得所要的热化学方程式TiO ₂ (s)＋2Cl ₂ (g)＋2C(s)=TiCl ₄ (l)＋2CO(g)　ΔH＝－81 kJ·mol ^－1 。
(5)由工业流程图可以得出该生产过程中产生了工业三废。
(6)TiCl ₄ 与SiCl ₄ 的沸点差异很大，所以采用蒸馏的方法进行分离。