Question

9．金屬鈦被稱為鐵和鋁之后崛起的“第三金屬”，常見化合價為+4．它是空間技術、航海、化工、醫療上不可缺少的材料．工業上用鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃）制備金屬鈦的一種工藝流程如圖（部分產物略去）：

（1）步驟①反應的化學方程式為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，還  原劑是FeTiO₃、C，每生成1mol TiCl₄轉移7mol電子．
（2）步驟②分離出TiCl₄的方法，利用了TiCl₄與FeCl₃沸點的不同．
（3）步驟④反應的化學方程式為Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgCl₂+Ti，該反應在氬氣中進行的理由是防止Mg、Ti被氧化．
（4）綠色化學提倡物料循環．以上流程中，可用于循環的物質除Cl₂、Mg外，還有MgCl₂．

Answer 1

分析 本題是工業上用鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃）制備金屬鈦的一種工藝流程，考查了氧化還原反應的分析，還原劑在反應中失電子，所含元素化合價升高，電子轉移數目的分析可根據化合價的變化數值來判斷，根據TiCl₄與FeCl₃的沸點差異可通過加熱蒸餾進行分離，因鎂易氧化，反應④要在無氧條件下進行，防止鎂被氧化，可通過反應過程中得到的副產物及反應需要添加的物質來判斷需要循環利用的物質；
（1）2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO中C的化合價由0升高到+2價、FeTiO₃中鐵由+2價升高到+3，均被氧化，每生成1mol TiCl₄，同時參加反應反應的Cl₂為3.5mol，即可計算出轉移電子總數；
（2）TiCl₄與FeCl₃兩者沸點不同，可通過蒸餾進行分離；
（3）步驟④是Mg和TiCl₄在無氧的條件下進行，生成MgCl₂和Ti，無氧環境有氬氣提供；
（4）整個流程中的副產品共有Cl₂、Mg、MgCl₂、CO及FeCl3，其中Cl₂、Mg和MgCl₂都是流程中參加反應的反應物；

解答 解：（1）結合氧化還原的分析可知，C和FeTiO₃所含元素化合價升高，是還原劑，氯氣是氧化劑，當生成1mol TiCl₄時，被還原的Cl₂為3.5mol，轉移電子的物質的量為3.5mol×2=7mol，故答案為：FeTiO₃、C；7；
（2）可以通過加熱蒸餾的方式分離TiCl₄與FeCl₃的混合物，說明兩者存在沸點差異，故答案為：沸點；
（3）步驟④Mg和TiCl₄生成MgCl₂和Ti，反應的方程式為Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgCl₂+Ti，選擇在氬氣中進行，是防止鎂及鈦與氧氣發生氧化反應，故答案為：Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgCl₂+Ti；防止Mg、Ti被氧化；
（4）步驟④生成的可用于電解MgCl₂得到鎂和氯氣，可循環利用，故答案為：MgCl₂．

點評 考查氧化還原反應的分析及金屬的冶煉，注重反應原理的考查，中等難度．