Question

16．金屬鈦（Ti）因具有許多神奇的性能而越來越引起人們的關注，被譽為“未來金屬”．常溫下鈦不和非金屬、強酸反應，加熱至紅熱時，能與常見的非金屬反應．工業(yè)上由鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃）制取金屬鈦的主要工藝過程如下：

（1）從金屬礦石中提煉金屬一般需要經過三個階段，上述工藝中涉及的有礦石中金屬元素的還原、金屬的精煉；沒有涉及的一個階段是礦石的富集；生鐵實際上屬于鐵、碳等元素形成的合金．若生產中碳的氧化產物主要為一種可燃性氣體，請分別寫出反應①、②的化學方程式：FeTiO₃+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+TiO₂+CO↑、TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（2）生產中，碳除了作還原劑還原金屬礦物外，另一個重要作用是作燃料，提供反應所需要的熱能；反應③是在氬氣的環(huán)境中進行，目的是防止鈦、鎂被空氣氧化，如何從反應③后的固體中獲得金屬鈦：向固體中加入足量鹽酸（或稀硫酸），充分反應后過濾，洗滌，干燥．

Answer 1

分析 常溫下鈦不和非金屬、強酸反應，鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃）和碳在高溫下發(fā)生氧化還原反應：FeTiO₃+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+TiO₂+CO↑，生成的二氧化鈦和焦炭、氯氣反應：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，過量的鎂在加熱條件下與TiCl₄反應，2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;氬氣\;}}{△}$2MgCl₂+Ti制得金屬鈦．
（1）金屬冶煉：將金屬礦石中的金屬從其化合物中還原出來，用于生產和制造各種金屬材料，金屬提煉一般要經過礦石的富集、冶煉、精煉三步，合金是指由一種金屬與其它金屬或非金屬熔合而成的具有金屬特性的物質；反應①為鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃）和碳在高溫下發(fā)生氧化還原反應生成二氧化鈦和一氧化碳，反應②為二氧化鈦和焦炭、氯氣反應生成四氯化鈦、和一氧化碳；
（2）碳單質具有還原性，碳燃燒為放熱反應，氬氣為稀有氣體，鎂為活潑金屬，在氬氣的環(huán)境中進行反應③可防止鈦、鎂被空氣氧化，常溫下Ti不和非金屬、強酸反應，而鎂與稀鹽酸反應，則利用鹽酸處理后過濾來獲得純凈金屬鈦．

解答 解：（1）金屬冶煉是利用氧化還原反應原理，在一定條件下將金屬從其化合物中還原出來，根據(jù)金屬提煉步驟分析，先要富集提高金屬元素的含量，然后冶煉得到粗產品，再精煉，鈦酸亞鐵的化學式為FeTiO₃，化合物中元素化合價的代數(shù)和為0，所以鈦的化合價為0-（+2）-（-2）×3=+4；經過FeTiO₃+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+TiO₂+CO↑，TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;氬氣\;}}{△}$2MgCl₂+Ti反應，鈦從+4→0，被還原，生鐵是鐵的合金，生鐵的主要成分是鐵，還含有碳等物質，屬于混合物，
故答案為：礦石中金屬元素的還原；礦石的富集；碳；FeTiO₃+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+TiO₂+CO↑；TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（2）碳單質具有還原性，碳燃燒為放熱反應，能提供反應所需要的熱能，常溫下Ti不和非金屬、強酸反應，所得產物Ti中混有過量Mg，則除去鎂可利用稀鹽酸（或稀硫酸），因鎂能與鹽酸（或稀硫酸）反應，則可將鈦中的鎂除去，化學方程式為：Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑（或Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑），充分反應后過濾，洗滌，干燥獲得金屬鈦，
故答案為：作燃料，提供反應所需要的熱能；防止鈦、鎂被空氣氧化；向固體中加入足量鹽酸（或稀硫酸），充分反應后過濾，洗滌，干燥．

點評 本題利用信息來考查學生金屬的冶煉，學生應注意利用習題中的信息把握好反應的條件、反應物、生成物等來完成化學反應方程式的書寫，理清冶煉原理和反應步驟是解答關鍵，題目難度中等．