Question

9．金屬鈦具有密度小，強度高，耐腐蝕，無毒等優點，已廣泛應用于航空航天工業，并逐步進入了化工、船舶、汽車、體育器材、醫療等民用領域，并顯示出了巨大的發展潛力，還原法是工業上冶煉鈦常用方法之一，該方法是以金紅石（主要含TiO₂）或TiO₂為原料來制取，其主要工藝流程如圖：

試回答下列問題：
（1）已知反應①通常在800～900℃的條件下進行，產物中有一種可燃性無色氣體，其中當有1mol Cl₂完全反應時，參加反應的還原劑的物質的量為1mol．
（2）反應②通常在800℃的條件下進行，通入氬氣的目的是防止Mg在高溫下與空氣中O₂、CO₂等反應；分離反應②的產物所得到的海綿鈦中常混有少量雜質，應如何除去雜質？①加入過量的稀鹽酸②過濾③洗滌、干燥固體（簡述操作過程）．
（3）在上述工藝流程中可以循環使用的物質是Mg、Cl₂．

Answer 1

分析 金紅石中加入焦炭，通入氯氣發生反應生成TiCl₄，同時生成CO，在TiCl₄中通入氬氣、氯氣，得到Ti、MgCl₂，電解氯化鎂可的得到鎂，海綿鈦經熔融可得到鈦錠，
（1）反應①通常在800～900℃的條件下進行，反應的方程式為2C+2Cl₂+TiO₂$\frac{\underline{\;800-900℃\;}}{\;}$2CO+TiCl₄，結合方程式計算；
（2）用Mg還原TiCl₄制金屬鈦取過程中必須在1070K的溫度下進行，而在此溫度下鎂、鈦都會與氧氣反應；金屬鈦中混有少量雜質鎂，由題給信息知鈦的化學活性很小，僅能與氧氣等幾種物質起反應，而與稀鹽酸或稀硫酸等不反應；
（3）流程中用到Mg、Cl₂，電解氯化鎂可生成Mg、Cl₂，則二者可循環使用．

解答 解：金紅石中加入焦炭，通入氯氣發生反應生成TiCl₄，同時生成CO，在TiCl₄中通入氬氣、氯氣，得到Ti、MgCl₂，電解氯化鎂可的得到鎂，海綿鈦經熔融可得到鈦錠，
（1）反應①通常在800～900℃的條件下進行，反應的方程式為2C+2Cl₂+TiO₂$\frac{\underline{\;800-900℃\;}}{\;}$2CO+TiCl₄，反應中C為還原劑，1mol Cl₂完全反應時，有1molC參加反應，故答案為：1；
（2）用Mg還原TiCl₄制金屬鈦取過程中必須在1070K的溫度下進行，而在此溫度下鎂、鈦都會與氧氣反應，所以反應過程中通入氬氣的目的是防止Mg在高溫下與空氣中O₂、CO₂等反應，金屬鈦中混有少量雜質鎂，由題給信息知鈦的化學活性很小，僅能與氧氣等幾種物質起反應，而與稀鹽酸或稀硫酸等不反應，所以實驗操作為①加入過量的稀鹽酸②過濾③洗滌、干燥固體，
故答案為：防止Mg在高溫下與空氣中O₂、CO₂等反應；①加入過量的稀鹽酸②過濾③洗滌、干燥固體；
（3）流程中用到Mg、Cl₂，電解氯化鎂可生成Mg、Cl₂，則二者可循環使用，故答案為：Mg、Cl₂．

點評 本題考查物質的制備實驗方案的設計，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，為高考常見題型，難度中等，注意把握實驗的基本原理和物質的性質．