Question

金属钛被誉为“21世纪金属”，有“生物金属，海洋金属，太空金属”等美称．高纯钛具有比强度（即强度与密度之比）大、良好的可塑性、耐腐蚀、耐高温、耐低温、记忆能力等优良性能，但当有杂质存在时，钛就变得脆而硬，其他性能也大打折扣．
我国盛产钛铁矿．由钛铁矿制备高纯钛的工艺流程如下图：

下表是上图中的部分物质的熔沸点：

物质	Mg	Ti	MgCl2	TiCl4
熔点/℃	648.8	1660	714	-25
沸点/℃	1107	3287	1412	136.4

请填写下列空白：
（1）需进行第①步操作的作用是

 

．
（2）第②步中反应的化学方程式是：TiO₂+2C+2Cl₂

高温  .

TiCl₄+2CO．该反应的氧化剂是

 

，生成190kg TiCl₄时转移电子的物质的量是

 

mol．
（3）第④步中的过滤与第⑦步中的过滤在设备的要求上有什么不同？

 

．
（4）第⑤步提纯TiCl₄的方法是

 

，要得到纯净的TiCl₄，必须在

 

℃时收集．第⑧步的真空电弧炉中的温度接近

 

℃．
（5）已知钛的还原性介于铝与锌之间．估计钛能耐腐蚀的原因之一是

 

．如果可从Na、Zn、Fe三种金属中选一种金属代替第⑥步中的镁，那么，该金属跟四氯化钛反应的化学方程式是

 

．
（6）⑥⑦⑨三步操作需在稀有气体保护下进行的原因是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：元素及其化合物

分析：（1）粉末状物质的反应速率要快于块状物质的反应速率；
（2）根据元素的化合价变化确定氧化剂以及电子转移情况；
（3）根据两步过滤：常温温度下的过滤和高温过滤来回答；
（4）反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，根据物质的沸点高低来回答；
（5）根据金属铝的氧化物的性质结合信息来回答，金属钠的活泼性强，可以用于金属的冶炼；
（6）Mg、Ti可以跟空气中O₂、N₂和CO₂反应，据此回答．

解答： 解：（1）粉末状物质的反应速率要快于块状物质的反应速率，需进行第①步操作的作用是：增加反应物之间的接触面积，增大化学反应速率，提高生产效率，故答案为：增加反应物之间的接触面积，增大化学反应速率，提高生产效率；
（2）反应TiO₂+2C+2Cl₂

高温  .

TiCl₄+2CO中，氯气中Cl化合价降低，氯气是氧化剂，生成190gTiCl₄时转移电子的物质的量是4mol，所以生成190gTiCl₄时转移电子的物质的量是4×10³mol，故答案为：Cl₂；4×10³；
（3）第④步中的过滤是常温温度下的过滤，第⑦步中的过滤是高温下的过滤，设备必须能耐800℃的高温，故答案为：设备必须能耐800℃的高温；
（4）根据图中的部分物质的熔沸点，应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，要得到纯净的TiCl₄，必须在136.4℃时收集，因为TiCl₄沸点是136.4℃，Ti的沸点是：1660℃，第⑧步的真空电弧炉中的温度接近 1660℃，故答案为：蒸馏；136.4℃；1660℃；
（5）钛的还原性介于铝与锌之间，氧化铝是一层致密的氧化膜，估计钛能耐腐蚀的原因钛表面形成一层致密的氧化膜（或钛的内部结构紧密）；活泼金属钠可以将金属钛置换出来：TiCl₄+4Na

高温  .

Ti+4NaCl，Zn、和Fe都是不可以的，活泼性差，
故答案为：钛表面形成一层致密的氧化膜（或钛的内部结构紧密）；TiCl₄+4Na

高温  .

Ti+4NaCl；
（6）Mg、Ti可以跟空气中O₂、N₂和CO₂反应，防止生成的Mg、Ti的氧化物及氮化物导致制取的金属钛不纯，⑥⑦⑨三步操作需在稀有气体保护下进行，
故答案为：防止Mg、Ti跟空气中O₂、N₂和CO₂反应生成Mg、Ti的氧化物及氮化物得不到高纯钛．

点评：本题综合考查学生实验的原理和设计方案的知识，注意知识的归纳和梳理是关键在，注重实验能力的培养，难度中等．