Question

9．金属钛被称为铁和铝之后崛起的“第三金属”，常见化合价为+4．它是空间技术、航海、化工、医疗上不可缺少的材料．工业上用钛铁矿（主要成分FeTiO₃）制备金属钛的一种工艺流程如图（部分产物略去）：

（1）步骤①反应的化学方程式为：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，还  原剂是FeTiO₃、C，每生成1mol TiCl₄转移7mol电子．
（2）步骤②分离出TiCl₄的方法，利用了TiCl₄与FeCl₃沸点的不同．
（3）步骤④反应的化学方程式为Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MgCl₂+Ti，该反应在氩气中进行的理由是防止Mg、Ti被氧化．
（4）绿色化学提倡物料循环．以上流程中，可用于循环的物质除Cl₂、Mg外，还有MgCl₂．

Answer 1

分析 本题是工业上用钛铁矿（主要成分FeTiO₃）制备金属钛的一种工艺流程，考查了氧化还原反应的分析，还原剂在反应中失电子，所含元素化合价升高，电子转移数目的分析可根据化合价的变化数值来判断，根据TiCl₄与FeCl₃的沸点差异可通过加热蒸馏进行分离，因镁易氧化，反应④要在无氧条件下进行，防止镁被氧化，可通过反应过程中得到的副产物及反应需要添加的物质来判断需要循环利用的物质；
（1）2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO中C的化合价由0升高到+2价、FeTiO₃中铁由+2价升高到+3，均被氧化，每生成1mol TiCl₄，同时参加反应反应的Cl₂为3.5mol，即可计算出转移电子总数；
（2）TiCl₄与FeCl₃两者沸点不同，可通过蒸馏进行分离；
（3）步骤④是Mg和TiCl₄在无氧的条件下进行，生成MgCl₂和Ti，无氧环境有氩气提供；
（4）整个流程中的副产品共有Cl₂、Mg、MgCl₂、CO及FeCl3，其中Cl₂、Mg和MgCl₂都是流程中参加反应的反应物；

解答 解：（1）结合氧化还原的分析可知，C和FeTiO₃所含元素化合价升高，是还原剂，氯气是氧化剂，当生成1mol TiCl₄时，被还原的Cl₂为3.5mol，转移电子的物质的量为3.5mol×2=7mol，故答案为：FeTiO₃、C；7；
（2）可以通过加热蒸馏的方式分离TiCl₄与FeCl₃的混合物，说明两者存在沸点差异，故答案为：沸点；
（3）步骤④Mg和TiCl₄生成MgCl₂和Ti，反应的方程式为Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MgCl₂+Ti，选择在氩气中进行，是防止镁及钛与氧气发生氧化反应，故答案为：Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MgCl₂+Ti；防止Mg、Ti被氧化；
（4）步骤④生成的可用于电解MgCl₂得到镁和氯气，可循环利用，故答案为：MgCl₂．

点评 考查氧化还原反应的分析及金属的冶炼，注重反应原理的考查，中等难度．