Question

3．鈦及其化合物大量應(yīng)用于航空、造船、電子、化學(xué)、醫(yī)療器械、電訊器材等各個(gè)領(lǐng)域．由鈦鐵礦（FeTiO₃）提取金屬鈦（海綿鈦）的主要工藝流程如下（部分產(chǎn)物省略）：

（1）氯化的過(guò)程是將二氧化鈦、碳粉混合，在高溫條件下通人氯氣制得TiCl₄和一種可燃性氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；TiCl₄在室溫下為無(wú)色液體，氯化后提純四氯化鈦的方法是過(guò)濾、蒸餾．
（2）還原過(guò)程是用過(guò)量的鎂在高溫條件下與TiCl₄反應(yīng)制得海綿鈦．寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti．
（3）還原過(guò)程必須在1070K的溫度下進(jìn)行，你認(rèn)為還應(yīng)該控制的反應(yīng)條件是隔絕空氣或在稀有氣體環(huán)境．
（4）常溫下，鈦不與水、稀鹽酸、稀H₂SO₄或稀HNO₃作周，但易溶于氫氟酸，推測(cè)其原因是D．
A．氫氟酸的酸性比其他酸強(qiáng)    B．氫氟酸的氧化性比其他酸強(qiáng)
C．氫氟酸的還原性比其他酸強(qiáng)    D．鈦離子易與氟離子形成可溶性難電離物質(zhì)
（5）上述工藝中，得到的海綿鈦中可能含有金屬鎂，常溫下除去該雜質(zhì)應(yīng)選用的試劑是稀鹽酸或稀硫酸，不選擇稀硝酸的原因是污染環(huán)境，且耗酸量多；若雜質(zhì)只有金屬鎂的某海綿鈦樣品，去除雜質(zhì)后質(zhì)量減少十分之一，則該樣品中n（Ti）：n（Mg）=2：9．

Answer 1

分析 根據(jù)題中提取金屬鈦（海綿鈦）的主要工藝流程圖可知，鈦鐵礦被碳還原后得二氧化鈦，二氧化鈦再與碳、氯氣反應(yīng)得四氯化鈦和一種可燃性氣體為CO，四氯化鈦再被還原得到鈦，
（1）根據(jù)元素守恒可寫出化學(xué)方程式，提純四氯化鈦的方法是過(guò)濾、蒸餾；
（2）鎂在高溫條件下與TiCl₄反應(yīng)制得鈦和氯化鎂；
（3）鈦在高溫下易被氧化，所以制取鈦時(shí)應(yīng)防止鈦被氧化；
（4）比較氫氟酸與水、稀鹽酸、稀H₂SO₄或稀HNO₃的性質(zhì)差異可判斷；
（5）硝酸與鎂反應(yīng)生成氮的氮化物，會(huì)污染環(huán)境，根據(jù)樣品中除去鎂后質(zhì)量減少十分之一，即鎂的質(zhì)量也鈦的質(zhì)量之比為1：9，據(jù)此可計(jì)算出鈦和鎂的物質(zhì)的量之比；

解答 解：根據(jù)題中提取金屬鈦（海綿鈦）的主要工藝流程圖可知，鈦鐵礦被碳還原后得二氧化鈦，二氧化鈦再與碳、氯氣反應(yīng)得四氯化鈦和一種可燃性氣體為CO，四氯化鈦再被還原得到鈦，
（1）在高溫條件下二氧化鈦、碳粉、氯氣制得TiCl₄和CO，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，提純四氯化鈦的方法是過(guò)濾、蒸餾，
故答案為：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；蒸餾；
（2）鎂在高溫條件下與TiCl₄反應(yīng)制得鈦和氯化鎂，反應(yīng)方程式為2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，
故答案為：2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；
（3）鈦在高溫下易被氧化，所以制取鈦時(shí)應(yīng)隔絕空氣或在稀有氣體條件下進(jìn)行，防止鈦被氧化，
故答案為：隔絕空氣或在稀有氣體環(huán)境；
（4）比較氫氟酸與水、稀鹽酸、稀H₂SO₄或稀HNO₃的性質(zhì)可知，氫氟酸的酸性弱于鹽酸或硫酸等，故A錯(cuò)誤，氧化性也弱于硝酸，故B錯(cuò)誤，鈦與氫氟酸反應(yīng)，氫氟酸顯示氧化性，故C錯(cuò)誤，所以鈦易溶于氫氟酸，是因?yàn)殁侂x子易與氟離子形成可溶性難電離物質(zhì)，
故選D；
（5）硝酸與鎂反應(yīng)生成氮的氮化物，會(huì)污染環(huán)境，且耗酸量多，根據(jù)樣品中除去鎂后質(zhì)量減少十分之一，即鎂的質(zhì)量也鈦的質(zhì)量之比為1：9，所以鈦和鎂的物質(zhì)的量之比為$\frac{1}{24}$：$\frac{9}{48}$=2：9，
故答案為：污染環(huán)境，且耗酸量多；2：9．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了鈦的制取和提純，涉及化學(xué)方程式的書寫、實(shí)驗(yàn)條件的選擇、工業(yè)流程的分析，綜合性較強(qiáng)，難度較大，對(duì)學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力要求較高．