Question

【題目】工業(yè)由鈦鐵礦(主要成分FeTiO3)制備TiCl4的主要工藝流程如下:

請(qǐng)答下列問(wèn)題:

（1）已知酸浸反應(yīng)FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O，則FeTiO3中鈦元素的化合價(jià)為_____。

（2）試劑A為____，加入A的目的是____ (填字母)。

A.防止Fe2+被氧化 B.與Fe3+反應(yīng) C.防Fe2+水解

“溶液II經(jīng)“操作II"可得副產(chǎn)品FeSO4·7H2O，則“操作II”包括濃縮、冷卻、_____。

（3）若“溶液II中Fe2+的濃度為0.49mol/L，為防止生成Fe(OH)2沉淀，溶液的pH不超過(guò)__。(已知Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17)

（4）鈦酸煅燒得中間產(chǎn)物的化學(xué)方程式為H2TiO3(s) TiO2(s)+H2O(g),上述工藝流程中生成TiCl4化學(xué)方程式為_____________________。

已知TiO2(s)+2Cl2(g)=TiC14(l)+O2(g) △H=+151kJ/mol，該反應(yīng)極難進(jìn)行，當(dāng)向反應(yīng)體系中加入焦炭后，則反應(yīng)在高溫條件下能順利發(fā)生。從化學(xué)平衡的角度解釋原因是_______。

（5）TiCl4極易水解，利用此性質(zhì)可制備納米級(jí)TiO2·xH2O，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______。

Answer 1

【答案】 +4 鐵粉（或 Fe） A 結(jié)晶、過(guò)濾 6 2Cl2 +TiO2 +C TiCl4 + CO2 （產(chǎn)物為 CO 也可） ① C 與 O2反應(yīng)減小 O2的濃度使平衡向右移動(dòng) ②C與O2反應(yīng)放熱， 溫度升高使平衡向右移動(dòng)， 促使反應(yīng)順利進(jìn)行 TiCl4 +（x+2）H2O ==TiO2·xH2O + 4HCl

【解析】（1）由反應(yīng)方程式可得，FeTiO3和H2SO4反應(yīng)生成FeSO4、TiOSO4和H2O，該反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng)，Fe元素化合價(jià)為+2價(jià)，根據(jù)化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0，可知FeTiO3中鈦元素的化合價(jià)為+4。

（2）溶液I為FeSO4和TiOSO4的混合溶液，通過(guò)后續(xù)流程中的物質(zhì)可以判斷，加入試劑A后并沒有引入新元素，又因?yàn)榻?jīng)過(guò)操作II得到了FeSO4·7H2O，而亞鐵離子容易被氧化，所以試劑A為鐵粉(或Fe)；加入A的目的是防止Fe2+被氧化。操作II從溶液得到FeSO4·7H2O晶體，所以操作II除了濃縮、冷卻外，還有結(jié)晶、過(guò)濾。

（3）Q=c(Fe2+)×c2(OH-)=0.49×c2(OH-)<Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17時(shí)不會(huì)生成Fe(OH)2沉淀，則c(OH-)<10-8，c(H+)=Kw/c(OH-)>10-6，所以pH不超過(guò)6。

（4）鈦酸煅燒得中間產(chǎn)物的化學(xué)方程式為H2TiO3(s)TiO2(s)+H2O(g)，上述工藝流程中鈦酸煅燒得到的中間產(chǎn)物與Cl2和焦炭在900℃時(shí)反應(yīng)生成TiC14，所以生成TiCl4化學(xué)方程式為：2Cl2+TiO2+C TiCl4+CO2(或者2Cl2+TiO2+2C TiCl4+2CO)。若要TiO2(s)與Cl2(g)高溫條件直接反應(yīng)生成TiC14(l)和O2(g)，該反應(yīng)極難進(jìn)行，當(dāng)向反應(yīng)體系中加入焦炭后，根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理：①C與O2反應(yīng)減小了O2的濃度使平衡向右移動(dòng)，②C與O2反應(yīng)放熱，溫度升高使平衡向右移動(dòng)，促使反應(yīng)順利進(jìn)行。

（5）利用TiCl4水解制TiO2·xH2O，根據(jù)原子守恒，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：TiCl4+(x+2)H2O=TiO2xH2O+4HCl。