Question

9．金屬鈦被稱(chēng)為鐵和鋁之后崛起的“第三金屬”，常見(jiàn)化合價(jià)為+4．它是空間技術(shù)、航海、化工、醫(yī)療上不可缺少的材料．工業(yè)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(chǎn)物略去）：

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

Answer 1

分析 本題是工業(yè)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(yīng)的分析，還原劑在反應(yīng)中失電子，所含元素化合價(jià)升高，電子轉(zhuǎn)移數(shù)目的分析可根據(jù)化合價(jià)的變化數(shù)值來(lái)判斷，根據(jù)TiCl₄與FeCl₃的沸點(diǎn)差異可通過(guò)加熱蒸餾進(jìn)行分離，因鎂易氧化，反應(yīng)④要在無(wú)氧條件下進(jìn)行，防止鎂被氧化，可通過(guò)反應(yīng)過(guò)程中得到的副產(chǎn)物及反應(yīng)需要添加的物質(zhì)來(lái)判斷需要循環(huán)利用的物質(zhì)；
（1）2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO中C的化合價(jià)由0升高到+2價(jià)、FeTiO₃中鐵由+2價(jià)升高到+3，均被氧化，每生成1mol TiCl₄，同時(shí)參加反應(yīng)反應(yīng)的Cl₂為3.5mol，即可計(jì)算出轉(zhuǎn)移電子總數(shù)；
（2）TiCl₄與FeCl₃兩者沸點(diǎn)不同，可通過(guò)蒸餾進(jìn)行分離；
（3）步驟④是Mg和TiCl₄在無(wú)氧的條件下進(jìn)行，生成MgCl₂和Ti，無(wú)氧環(huán)境有氬氣提供；
（4）整個(gè)流程中的副產(chǎn)品共有Cl₂、Mg、MgCl₂、CO及FeCl3，其中Cl₂、Mg和MgCl₂都是流程中參加反應(yīng)的反應(yīng)物；

解答 解：（1）結(jié)合氧化還原的分析可知，C和FeTiO₃所含元素化合價(jià)升高，是還原劑，氯氣是氧化劑，當(dāng)生成1mol TiCl₄時(shí)，被還原的Cl₂為3.5mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為3.5mol×2=7mol，故答案為：FeTiO₃、C；7；
（2）可以通過(guò)加熱蒸餾的方式分離TiCl₄與FeCl₃的混合物，說(shuō)明兩者存在沸點(diǎn)差異，故答案為：沸點(diǎn)；
（3）步驟④Mg和TiCl₄生成MgCl₂和Ti，反應(yīng)的方程式為Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgCl₂+Ti，選擇在氬氣中進(jìn)行，是防止鎂及鈦與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，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(huán)利用，故答案為：MgCl₂．

點(diǎn)評(píng) 考查氧化還原反應(yīng)的分析及金屬的冶煉，注重反應(yīng)原理的考查，中等難度．