Question

4．工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛．将钛铁矿和炭粉混合加热进行氯化处理，并使生成的TiCl₄在高温下用熔融的镁在氩气中反应可得多孔的海绵钛，这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼，最后制成各种钛材．下图为某化工企业生产流程示意图：

请回答下列问题：
（1）钛酸亚铁（FeTiO₃）中钛元素的化合价为+4；
（2）①中发生的反应为：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2X+2TiCl₄+6CO，则X为FeCl₃（填化学式）；
（3）③中需要氩气（Ar）作保护气，请写出③中反应的化学方程式TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{Ar}$Ti+2MgCl₂，
（4）②中为使原料全部转化为甲醇，理论上CO和H₂投料的质量比为7：1．

Answer 1

分析 （1）根据在化合物中正负化合价代数和为零考虑；
（2）根据质量守恒定律推断x的化学式；
（3）根据化学方程式的书写方法填写化学方程式；
（4）根据氢气和一氧化碳反应的方程式考虑质量比．

解答 解：（1）设FeTiO₃中P的化合价是x．FeTiO₃中Fe的化合价是+2价，O的化合价是-2价，利用化合物中各元素的化合价的代数和为零的原则得到方程（+2）+x+（-2）×3=0，解得，x=+4 所以钛酸亚铁（FeTiO₃）中钛元素的化合价是+4价；
（2）根据质量守恒定律，在反应前后各元素原子的个数不变．从2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2X+2TiCl₄+6CO看钛原子、氧原子、碳原子反应前后除物质x外个数已经相等，故x中无钛原子、氧原子、碳原子．铁反应前共有2个，反应后只有x有，所以2x中有2个，从而x中有1个；氯原子反应前有14个，反应后x除外有8个，所以2x中有6个，因此x中有3个，因此x的化学式是FeCl₃；
（3）TiCl₄与Mg反应的反应物是TiCl₄与Mg，生成物是Ti和MgCl₂，用观察法配平即可，因此该反应的化学方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{Ar}$Ti+2MgCl₂；（4）根据从化学方程式2H₂+CO═CH₃OH
       4   28      
由此可知一氧化碳和氢气的质量比是：28：4=7：1．
故答案为：（1）+4；（2）FeCl₃；（3）TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{Ar}$Ti+2MgCl₂；（4）7：1

点评 本题主要考查了化合价的计算、化学方程式的书写以及质量守恒定律的应用，同时考查了学生从题目中获取信息并运用的能力．计算元素的化合价时一定要注意，一定不要忘记填上正号．