题目内容

3.钛及其化合物大量应用于航空、造船、电子、化学、医疗器械、电讯器材等各个领域.由钛铁矿(FeTiO3)提取金属钛(海绵钛)的主要工艺流程如下(部分产物省略):

(1)氯化的过程是将二氧化钛、碳粉混合,在高温条件下通人氯气制得TiCl4和一种可燃性气体,该反应的化学方程式为TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO;TiCl4在室温下为无色液体,氯化后提纯四氯化钛的方法是过滤、蒸馏.
(2)还原过程是用过量的镁在高温条件下与TiCl4反应制得海绵钛.写出此反应的化学方程式2Mg+TiCl4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgCl2+Ti.
(3)还原过程必须在1070K的温度下进行,你认为还应该控制的反应条件是隔绝空气或在稀有气体环境.
(4)常温下,钛不与水、稀盐酸、稀H2SO4或稀HNO3作周,但易溶于氢氟酸,推测其原因是D.
A.氢氟酸的酸性比其他酸强    B.氢氟酸的氧化性比其他酸强
C.氢氟酸的还原性比其他酸强    D.钛离子易与氟离子形成可溶性难电离物质
(5)上述工艺中,得到的海绵钛中可能含有金属镁,常温下除去该杂质应选用的试剂是稀盐酸或稀硫酸,不选择稀硝酸的原因是污染环境,且耗酸量多;若杂质只有金属镁的某海绵钛样品,去除杂质后质量减少十分之一,则该样品中n(Ti):n(Mg)=2:9.

分析 根据题中提取金属钛(海绵钛)的主要工艺流程图可知,钛铁矿被碳还原后得二氧化钛,二氧化钛再与碳、氯气反应得四氯化钛和一种可燃性气体为CO,四氯化钛再被还原得到钛,
(1)根据元素守恒可写出化学方程式,提纯四氯化钛的方法是过滤、蒸馏;
(2)镁在高温条件下与TiCl4反应制得钛和氯化镁;
(3)钛在高温下易被氧化,所以制取钛时应防止钛被氧化;
(4)比较氢氟酸与水、稀盐酸、稀H2SO4或稀HNO3的性质差异可判断;
(5)硝酸与镁反应生成氮的氮化物,会污染环境,根据样品中除去镁后质量减少十分之一,即镁的质量也钛的质量之比为1:9,据此可计算出钛和镁的物质的量之比;

解答 解:根据题中提取金属钛(海绵钛)的主要工艺流程图可知,钛铁矿被碳还原后得二氧化钛,二氧化钛再与碳、氯气反应得四氯化钛和一种可燃性气体为CO,四氯化钛再被还原得到钛,
(1)在高温条件下二氧化钛、碳粉、氯气制得TiCl4和CO,该反应的化学方程式为TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO,提纯四氯化钛的方法是过滤、蒸馏,
故答案为:TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO;蒸馏;
(2)镁在高温条件下与TiCl4反应制得钛和氯化镁,反应方程式为2Mg+TiCl4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgCl2+Ti,
故答案为:2Mg+TiCl4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgCl2+Ti;
(3)钛在高温下易被氧化,所以制取钛时应隔绝空气或在稀有气体条件下进行,防止钛被氧化,
故答案为:隔绝空气或在稀有气体环境;
(4)比较氢氟酸与水、稀盐酸、稀H2SO4或稀HNO3的性质可知,氢氟酸的酸性弱于盐酸或硫酸等,故A错误,氧化性也弱于硝酸,故B错误,钛与氢氟酸反应,氢氟酸显示氧化性,故C错误,所以钛易溶于氢氟酸,是因为钛离子易与氟离子形成可溶性难电离物质,
故选D;
(5)硝酸与镁反应生成氮的氮化物,会污染环境,且耗酸量多,根据样品中除去镁后质量减少十分之一,即镁的质量也钛的质量之比为1:9,所以钛和镁的物质的量之比为$\frac{1}{24}$:$\frac{9}{48}$=2:9,
故答案为:污染环境,且耗酸量多;2:9.

点评 本题主要考查了钛的制取和提纯,涉及化学方程式的书写、实验条件的选择、工业流程的分析,综合性较强,难度较大,对学生的分析问题、解决问题的能力要求较高.

练习册系列答案
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①写出步骤①的化学方程式SiO2+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+2CO↑.
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