Question

18．金属钛是重要的航天、航海材料，钛因其硬度大，熔点高，常温下不和非金属、强酸反应，被誉为“未来金属．”由钛铁矿（主要成分为钛酸亚铁，化学式为FeTiO₃）、焦炭、氧气为原料，提取金属钛的主要工艺过程一般需要经过三个阶段：

（1）反应前需要将钛酸亚铁和焦炭磨成粉末状的原因是为了增大反应物之间的接触面积；钛酸亚铁（FeTiO₃）中钛元素为+4价．
（2）反应①中焦炭除了作还原剂还原金属矿物外，另一个重要作用是作燃料，提供反应所需要的能量．
（3）反应②中TiO₂与C、Cl₂在高温下反应，生成TiCl₄和一种有毒气体，该气体是一种氧化物，其化学式为CO．
（4）高温条件下，镁可以与TiCl₄发生置换反应制得金属钛，请写出此反应的化学方程式TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti．
（5）如何从反应③后的固体中获得金属钛：向固体中加入足量稀盐酸（或稀硫酸），充分反应后过滤，洗涤，干燥．

Answer 1

分析 （1）根据反应物之间的接触面积以及化合价的计算方法来分析；
（2）根据碳的化学性质来分析；
（3）根据化学反应前后原子的种类和数目不变求物质的化学式；
（4）根据题中信息结合化学方程式的书写分析；
（5）根据金属钛的化学性质来分析．

解答 解：（1）反应前将钛酸亚铁和焦炭磨成粉末状是为了增大反应物之间的接触面积；钛酸亚铁的化学式为FeTiO₃，其中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，因化合物中元素化合价的代数和为0，设钛的化合价为x，则（+2）+x+（-2）×3=0，解得x=+4．故答案为：为了增大反应物之间的接触面积；+4；
（2）碳燃烧时会释放出大量的热，为化学反应的进行提供了能量；故填：作燃料，提供反应所需要的能量；
（3）Ti₂O₂与C、Cl₂在高温下反应，生成TiCl₄和一种有毒气体，该气体是一种氧化物，该气体是一氧化碳，故填：CO；
（4）根据题中信息，镁与TiCl₄在高温条件下反应生成金属钛和氯化镁，该反应的化学方程式为TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂；故填：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；
（5）钛常温下不和强酸反应，而铁与酸能反应，所以从反应③后的固体（铁和钛的混合物）中获得金属钛的方法是向固体中加入足量稀盐酸（或稀硫酸），充分反应后过滤，洗涤，干燥．故填：向固体中加入足量稀盐酸（或稀硫酸），充分反应后过滤，洗涤，干燥．

点评 本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意把握实验的基本原理和物质的性质．