Question

3．金属铁密度小、硬度大、抗腐蚀性能好，被誉为“未来的金属”，某工厂用钛酸亚铁（FeTiO₃）、焦炭为原料制取金属钛，请据图回答下列问题：

（1）反应前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）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，其化学式为CO．
（3）写出步骤③中（Ar起保护气作用）在高温时生成金属钛的化学反应方程式TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂，该反应的基本类型为置换反应．
（4）今年来，工业上用电解熔融的TiO₂来制取金属Ti获得成功，从能量的角度分析，工业利用该方法制备金属Ti的缺点是需要消耗大量的电能．

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）根据化学反应前后原子的种类和数目不变求物质的化学式；
（3）根据题中信息结合化学方程式的书写分析；
（4）根据反应的条件来分析．

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）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；
（3）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；该反应是由一种单质与一种化合物反应生成另一种单质与另一种化合物，属于置换反应；故答案为：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂；置换反应；
（4）工业上用电解熔融的TiO₂来制取金属Ti获得成功，但是此方法需要消耗大量的电能，故填：需要消耗大量的电能．

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．