Question

【題目】工業由鈦鐵礦（主要成分FeTiO3，Fe2O3、Al2O3、FeO、SiO2等雜質）制備TiCl4的工藝流程如下：

已知：

①酸浸 FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O(l)

②水解 TiOSO4(aq)+2H2O(l)H2TiO3(s)+H2SO4(aq)

③煅燒 H2TiO3(s)TiO2(s)+H2O(s)

（1）FeTiO3中鈦元素的化合價為 ，試劑A為 。

（2）堿浸過程發生反應的離子反應方程式為 。

（3）酸浸后需將溶液溫度冷卻至70℃左右，若溫度過高會導致最終產品吸收率過低，原因是 。

（4）上述流程中氯化過程的化學反應方程式為 。

已知TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(l)+O2(g) △H=+151kJ·mol-1。該反應極難進行，當向反應體系中加入碳后，則反應在高溫條件下能順利發生。從化學平衡的角度解釋原因是 。

（5）TiCl4極易水解，利用此性質可制備納米級TiO2·xH2O，該反應的化學反應方程式是 。

Answer 1

【答案】（1）+4 Fe（或鐵）

（2）Al2O3 + 2OH- = AlO2- + H2O、SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O

（3）溫度過高會導致TiOSO4 提前水解生成H2TiO3沉淀

（4）TiO2 +C + 2Cl2 TiCl4 + CO2， C與O2反應減小O2的濃度使平衡向右移動；C與O2反應放熱，溫度升高，使平衡向右移動，促使反應順利進行

（5）TiCl4 + (x+2)H2O = TiO2·xH2O + 4HCl

【解析】

試題分析：（1）根據酸浸反應FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O(l)可知，FeTiO3中Fe元素化合價為+2價，則Ti元素為+4。然后加入試劑A為Fe（或鐵），發生反應2Fe3++Fe= 3Fe2+。

故答案為：+4；Fe（或鐵）。

（2）堿浸的目的是除去Al2O3和SiO2等雜質，發生反應的離子反應方程式為：A l2O3 + 2OH- = AlO2- + H2O、SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O。

故答案為：Al2O3 + 2OH- = AlO2- + H2O、SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O。

（3）酸浸后需將溶液溫度冷卻至70℃左右，溫度過高會導致TiOSO4 提前發生水解反應：TiOSO4(aq)+2H2O(l)H2TiO3(s)+H2SO4(aq)生成H2TiO3沉淀，導致最終產品吸收率過低。

故答案為：溫度過高會導致TiOSO4 提前水解生成H2TiO3沉淀。

（4）該工業流程中氯化過程的化學反應方程式為：TiO2 +C + 2Cl2 TiCl4 + CO2；由于TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(l)+O2(g)為可逆反應，且正反應為吸熱反應，加入碳粉后，C與O2反應減小O2的濃度使平衡向右移動；C與O2反應放熱，溫度升高，使平衡向右移動，促使反應順利進行。

故答案為：TiO2 +C + 2Cl2 TiCl4 + CO2； C與O2反應減小O2的濃度使平衡向右移動；C與O2反應放熱，溫度升高，使平衡向右移動，促使反應順利進行。

（5）TiCl4極易水解生成備納米級TiO2·xH2O，該反應的化學反應方程式為：TiCl4 + (x+2)H2O = TiO2·xH2O + 4HCl。

故答案為：TiCl4 + (x+2)H2O = TiO2·xH2O + 4HCl。