Question

四氯化鈦（TiCl₄）是制取航天航空工業(yè)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(chǎn)品的一種工藝流程示意如圖1：

回答下列問題：
（1）鈦鐵礦酸浸前要粉碎成細顆粒的目的是

 

；
（2）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液呈強酸性，該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（無色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，加入鐵屑的作用是

 

；
（3）若焦炭足量，寫出④中發(fā)生的化學(xué)方程式

 

；
（4）依據(jù)表中信息，要精制含少量SiCl₄雜質(zhì)的TiCl₄可采用

 

方法．

	TiCl4	SiCl2
熔點/℃	-25.0	-68.8
沸點/℃	136.4	57.6

（5）成品TiCl₄制備TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂?nH₂O，再經(jīng)焙燒制得，請寫出TiCl₄水解的化學(xué)方程式

 

．水解時需加入大量的水并加熱其原因為

 

（6）工業(yè)上也可由H₄TiO₄制得鈦白粉TiO₂?TiO₂直接電解還原法（劍橋法）生產(chǎn)鈦是一種較先進的方法，電解質(zhì)為熔融的CaCl₂，原理如圖2所示，陰極的電極反應(yīng)為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：

分析：鈦鐵礦中加入強酸，強酸性浸出液中含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液呈強酸性，該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（無色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，通過一系列過程得到綠礬FeSO₄.7H₂O和含有TiO²⁺溶液，將溶液處理得到TiO₂?nH₂O，將粗TiO₂和氯氣、焦炭混合加熱得到TiCl₄，發(fā)生反應(yīng)TiO₂+2C+2Cl₂

△   .

TiCl₄+2CO，得到的廢氣是SO₂，
（1）反應(yīng)物接觸面積越大，反應(yīng)速率越快；
（2）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液呈強酸性，該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（無色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，鐵能將鐵離子、TiO²⁺還原，從而防止亞鐵離子被氧化；
（3）若焦炭足量，根據(jù)反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件書寫方程式；
（4）熔沸點不同的液體可以采用蒸餾的方法分離；
（5）TiCl₄水解生成TiO₂?nH₂O，同時生成HCl；水解是吸熱反應(yīng)，升高溫度促進水解；
（6）工業(yè)上也可由H₄TiO₄制得鈦白粉TiO₂，TiO₂直接電解還原法（劍橋法）生產(chǎn)鈦是一種較先進的方法，電解質(zhì)為熔融的CaCl₂，陰極上TiO₂得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答： 解：鈦鐵礦中加入強酸，強酸性浸出液中含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液呈強酸性，該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（無色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，通過一系列過程得到綠礬FeSO₄.7H₂O和含有TiO²⁺溶液，將溶液處理得到TiO₂?nH₂O，將粗TiO₂和氯氣、焦炭混合加熱得到TiCl₄，發(fā)生反應(yīng)TiO₂+2C+2Cl₂

△   .

TiCl₄+2CO，得到的廢氣是SO₂，
（1）反應(yīng)物接觸面積越大，反應(yīng)速率越快，鈦鐵礦酸浸前要粉碎成細顆粒的目的增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率，從而提高浸出率，
故答案為：增大接觸面積，加快浸出反應(yīng)速率，提高浸出率；
（2）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液呈強酸性，該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：2 Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；2TiO²⁺（無色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O，鐵能將鐵離子、TiO²⁺還原，從而防止亞鐵離子被氧化，所以加入鐵屑的作用是使Fe³⁺還原為Fe²⁺，保護Fe²⁺不被氧化，
故答案為：使Fe³⁺還原為Fe²⁺，保護Fe²⁺不被氧化；
（3）根據(jù)以上分析知，若焦炭足量，C作還原劑、氯氣作氧化劑，反應(yīng)生成四氯化鈦、CO，反應(yīng)方程式為TiO₂+2C+2Cl₂

△   .

TiCl₄+2CO，故答案為：TiO₂+2C+2Cl₂

△   .

TiCl₄+2CO；
（4）熔沸點不同的液體可以采用蒸餾的方法分離，二者熔沸點不同且互溶，可以采用蒸餾方法分離，故答案為：蒸餾；
（5）TiCl₄水解生成TiO₂?nH₂O，同時生成HCl，水解方程式為TiCl₄+（2+n）H₂O=TiO₂．nH₂O↓+4HCl；水解是吸熱反應(yīng)，且升高溫度促進HCl揮發(fā)，加入大量水并加熱都能使水解反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，從而促進水解趨于完全，
故答案為：TiCl₄+（2+n）H₂O=TiO₂．nH₂O↓+4HCl；加入大量水并加熱都能使水解反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，從而促進水解趨于完全；
（6）工業(yè)上也可由H₄TiO₄制得鈦白粉TiO₂，TiO₂直接電解還原法（劍橋法）生產(chǎn)鈦是一種較先進的方法，電解質(zhì)為熔融的CaCl₂，陰極上TiO₂得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-，故答案為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-．

點評：本題考查物質(zhì)的分離和提純綜合應(yīng)用，為高考高頻點，涉及電解原理、鹽類水解、反應(yīng)速率的影響因素、氧化還原反應(yīng)等知識點，綜合性較強，明確流程圖每一步發(fā)生的反應(yīng)，熟練掌握基本原理即可解答，題目難度中等．