Question

由钛铁矿（主要成分是TiO₂、少量FeO和Fe₂O₃）制备TiCl₄、绿矾等产品的一种综合工艺流程图如下：

【提示】TiO²⁺的水解平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O TiO₂．n H₂O+2H⁺

回答下列问题：

（1）硫酸与二氧化钛反应的离子方程式是                                         。

（2）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

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：          。

（3）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。

A：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺

B：2 TiO²⁺(无色） +Fe+4H⁺＝2Ti³⁺(紫色）+ Fe²⁺+2H₂O

C：Ti³⁺(紫色）+ Fe³⁺+H₂O＝TiO²⁺(无色） +Fe²⁺+2H⁺

I．结合信息判断Fe³⁺ 、TiO²⁺、 H⁺氧化性强弱：     >       >       

II．加入铁屑的作用是                                                       。

（4）往②中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，析出水合二氧化钛沉淀。

请用化学平衡理论分析通入高温水蒸气的作用：                                  。

（5）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）绿矾（摩尔质量为278g/mol）可用于生产红色颜料（Fe₂O₃），556akg绿矾，理论上可生产红色颜料___mol。

Answer

（1）TiO2 + 2H+＝TiO2+ ＋H2O

（2）TiO2 (S）+ 2C(S） +2Cl2(g）＝Ti Cl4（l）+2 CO(g） ΔH = -81 kJ·mol－1

（3）I．Fe3+ ＞TiO2+＞ H+

II．将Fe3+ 还原为Fe2+ 生成Ti3+，保护Fe2+不被氧化；

（4）通入高温水蒸气能降低H+浓度，提高溶液温度，促进平衡向水解方向移动，从而析出TiO2．n H2O

（5）产生了废气、废液、废渣

（6）1000a

【解析】

试题分析：（1）根据①中溶液的成分，钛以TiO2+形式存在，故硫酸与二氧化钛反应生成TiO2+，离子反应为TiO2＋2H＋=TiO2＋＋H2O。

（2）把给出的两个反应标为①、②，根据盖斯定律将①+②可得TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4 和CO气体的热化学方程式：TiO2(s）＋2c(s）＋Cl2(g）=TiCl4(l）＋2CO(g） △H=+140 kJ·mol－1-221 kJ·mol－1=－81kJ·mol－1。

（3）I：氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，从B项知道氧化性TiO2+>H+，从反应C项可知Fe3+>TiO2+，则有Fe3+ ＞TiO2+＞ H+ 。Ⅱ：往①中加入铁屑至浸出液显紫色，根据离子的颜色知道溶液中含有Ti 3+ ，由方程式C可知Fe 3+ 能把Ti 3+ 氧化为TiO2+，故加入铁屑作还原剂，将Fe3+ 还原为Fe2+ 生成Ti3+，保护Fe2+不被氧化。

（4）水解是吸热反应，通入高温水蒸气使体系的而温度升高，促进TiO2+水解、通入水后溶液被稀释H+浓度降低，平衡正向移动，也促进水解。

（5）根据流程看出生产过程产生了废气、废液、废渣，对环境有污染，不符合绿色化学思想。

（6）根据铁元素守恒有 2FeSO4·7H2O～Fe2O3，556akg绿矾可得到Fe2O3的物质的量为：(556a×103/278）÷2=1000amol

考点：盖斯定律的应用、氧化性强弱的比较、化学平衡的移动、物质的量的计算。