Question

鈦（Ti）因為具有許多神奇的性能而越來越引起人們的關(guān)注，常溫下鈦不和非金屬、強酸反應，紅熱時，卻可與許多常見非金屬單質(zhì)反應，鈦是航空、軍工、電力等方面的必需原料，地殼中含鈦礦石之一種稱為金紅石（TiO₂）礦石．目前大規(guī)模生產(chǎn)鈦的方法是：
第一步：金紅石、炭粉混合在高溫條件下通入氯氣制得TiCl₄和一種可燃性氣體，該步反應發(fā)生的化學方程式是______．
第二步：在氬氣的保護下，用過量的鎂在加熱條件下與TiCl₄反應制得金屬鈦．
（1）此反應的化學方程式______．
（2）如何由上述所得產(chǎn)物中獲得純凈金屬鈦？簡述主要步驟并寫出有關(guān)化學方程式．

Answer 1

解：[第一步]根據(jù)“金紅石、炭粉混合在高溫條件下通入氯氣”的敘述，得知反應是三種物質(zhì)金紅石、炭粉和氯氣在高溫下反應發(fā)生的；又“制得TiCl₄和一種可燃性氣體”可知生成兩種物質(zhì)，其中可燃性氣體的確定為本問題的難點．根據(jù)反應前后元素種類不變，反應前含C、O、Ti、Cl四種元素，反應后只能明確在TiCl₄中含有Ti、Cl兩種元素，所以判斷可燃性氣體應含有C、O兩種元素．由C、O元素組成的可燃性氣體為CO氣體．
故答：TiO₂+2Cl₂+2CTiCl₄+2CO；
[第二步]（1）題中明確“在氬氣的保護下”說明此反應中稀有氣體氬氣只作為保護氣并不參加反應，所以氬氣不是該反應的反應物，反應的反應物為TiCl₄和鎂．對于生成物，題中信息只告知“制得金屬鈦”，其他生成物需要自己分析解決．而題中對此反應沒有更多介紹信息，因此在分析反應時可借助“金屬（Mg）和鹽（TiCl₄）發(fā)生置換反應”的規(guī)律解答．
故答：TiCl₄+2MgTi+2MgCl₂；
（2）“產(chǎn)物”是由制得的金屬鈦、生成的氯化鎂和因加過量而剩余的鎂三種物質(zhì)所組成．要分離出金屬鈦，可先使用水溶解氯化鎂除去產(chǎn)物中的氯化鎂雜質(zhì)，然后利用鈦常溫下不與酸反應的性質(zhì)，把混合物放入足量稀鹽酸，除去產(chǎn)物中過量的鎂，最后洗滌干燥即得較為純凈的金屬鈦．
故答：①將混合物溶于水，過濾②在濾渣中加入過量稀鹽酸，過濾③洗滌、烘干．Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑
分析：根據(jù)題意，題目旨在分析所給信息找出反應發(fā)生的過程，用化學方程式表示反應．解答此類問題時，主要抓住反應物、生成物和反應條件的辨別和分析，正確書寫有關(guān)物質(zhì)的化學式，一般配平過程不會太復雜．
本題還涉及混合物的分離的實驗設計，使用化學方法分離混合時選用的化學試劑應只與混合物中雜質(zhì)反應，并且反應后不帶來新的雜質(zhì)．
點評：初中化學中“可燃性氣體”主要有一氧化碳、氫氣、甲烷三種氣體．