Question

鈦有強度高和質地輕的優點，廣泛應用于飛機制造業等。工業上利用鈦鐵礦，其主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃）制備鈦金屬，工業流程如下： 已知：Ti與TiO₂化學性質穩定，不溶于稀硫酸、稀鹽酸等。

（1）請寫出FeTiO₃與稀鹽酸反應的離子方程式：                                          。
（2）請寫出“熔融氧化”的化學方程式：                                                    。
（3）電解氯化鎂的陰極反應式為：                                                ，可循環利用的物質為：                              （填化學式）。
（4）熱還原法中能否改用鈉代替鎂作還原劑：    （填“能”或“不能”）；原因為：                                                                 。
（5）用此方法制備得到的Ti金屬常混有MgCl₂和Mg，除雜試劑是         （填化學式）。

Answer 1

（1）FeTiO₃+2H⁺ Fe²⁺+TiO₂+H₂O  （3分）
（2）TiO₂+ 2C+ 2Cl₂ TiCl₄+ 2CO （3分）
（3）Mg²⁺ + 2e^- =" Mg" （3分）   Cl₂和Mg （2分）
（4）能；（1分）鈉的還原性比鎂強（1分）
（5）HCl（2分）（填寫H₂SO₄、HNO₃均可）

試題分析：由已知條件可知，金屬Ti是難溶于稀硫酸和稀鹽酸的物質，而雜質MgCl₂和Mg都是易溶于酸的，所以要除去雜質，可以加入稀鹽酸或稀硫酸等試劑。
（1）根據流程圖示，鈦鐵礦中加入鹽酸酸浸后，得到了濾液氯化亞鐵和濾渣TiO2，所以根據反應物和產物可以寫出反應的離子方程式為：FeTiO₃+2H⁺ Fe²⁺+TiO₂+H₂O。
（2）熔融氧化過程中參與反應的物質已知的有TiO2和C，從產物來看C作了還原劑被氧化成了CO，但是TiO2生成TiCl4，Ti的化合價沒有發生變化，且多出了Cl離子，所以由此可以猜測還有一種氧化劑參與了反應，而氧化劑就是氯氣，所以根據所推反應物和生成物，該反應的化學方程式為：TiO₂+ 2C+ 2Cl₂ TiCl₄+ 2CO。
（3）電解氯化鎂可以制備金屬鎂，所以陰極發生的反應式為Mg²⁺ + 2e^- = Mg，而陽極發生氧化反應生成氯氣，電解產生的金屬鎂、氯氣可以分別在熱還原步驟和熔融氧化步驟中加以循環利用。
（4）熱還原是在高溫的條件下用活潑金屬還原制備較不活潑金屬的過程，金屬鈉比金屬鎂更加活潑，所以也可以用金屬鈉代替金屬鎂做還原劑。