Question

金屬鈦被稱為鐵和鋁之后崛起的“第三金屬”，它是航海、化工、醫(yī)療上不可缺少的材料．工業(yè)上用鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃）制備金屬鈦的一種工藝流程如圖所示．（部分產(chǎn)物略）
（1）鈦鐵礦的主要成分是鈦酸亞鐵（FeTiO₃），其中鈦元素的化合價(jià)為_(kāi)_____價(jià)．
（2）步驟②分離出TiCl₄的方法，利用了TiCl₄與FeCl₃______的不同．
（3）④反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____，該反應(yīng)在氬氣中進(jìn)行的理由是______．
（4）綠色化學(xué)提倡物料循環(huán)．以上流程中，可用于循環(huán)的物質(zhì)除Cl₂、Mg外，還有______．

Answer 1

解：
（1）鈦酸亞鐵（FeTiO₃）中含有亞鐵，所以鐵的化合價(jià)為+2價(jià)，而氧元素為-2價(jià)，設(shè)鈦的化合價(jià)為x．根據(jù)化合物中化合價(jià)的代數(shù)和為零可得，（+2）+x+（-2）×3=0，可得x=+4，即其中鈦元素的化合價(jià)為+4價(jià)．
（2）步驟②分離出TiCl₄的方法，通過(guò)圖可以看出，分離采取的是蒸餾的方法，蒸餾是利用物質(zhì)的沸點(diǎn)不能同分離物質(zhì)的，此時(shí)TiCl₄與FeCl₃都是高溫下的液態(tài)的物質(zhì)．
（3）④反應(yīng)是鎂和四氯化鈦反應(yīng)生成鈦，同時(shí)根據(jù)質(zhì)量守恒定律以及反應(yīng)的環(huán)境，應(yīng)該還生成氯化鎂，反應(yīng)溫度是1220～1420℃即高溫．化學(xué)方程式為 2Mg+TiCl₄2 MgCl₂+Ti（寫具體溫度也可），該反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，同時(shí)在原料中有具有強(qiáng)氧化性的氯氣，所以用用性質(zhì)穩(wěn)定的氬氣進(jìn)行保護(hù)，防止鎂和鈦被氯氣所氧化．
（4）在以上過(guò)程中，可以看出氯化鎂是反應(yīng)物，而在④反應(yīng)中氯化鎂是生成物，根據(jù)“綠色化學(xué)提倡物料循環(huán)”，氯化鎂也能用于循環(huán)利用．
故答案為：（1）+4； （2）沸點(diǎn)；（3）2Mg+TiCl₄2 MgCl₂+Ti；防止Mg、Ti被氧化；（4）MgCl₂．
分析：（1）FeTiO₃中鐵是亞鐵，所以為+2價(jià)，而氧元素為-2價(jià)，根據(jù)化合物中化合價(jià)的代數(shù)和為零，可以求算鈦元素的化合價(jià)．
（2）步驟②分離出TiCl₄的方法是蒸餾，蒸餾是分離沸點(diǎn)不同的液體的，在高溫下TiCl₄與FeCl₃ 處于液態(tài)．
（3）④反應(yīng)是鎂和四氯化鈦反應(yīng)制取鈦的反應(yīng)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，另外的物質(zhì)一定含有鎂和氯元素，則應(yīng)該為氯化鎂．即反應(yīng)物為鎂和四氯化鈦，生成物為鈦和氯化鎂，條件是高溫（寫具體溫度也可以）．由于反應(yīng)時(shí)溫度較高，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程氯氣可能會(huì)混入其中，所以要在氬氣中進(jìn)行反應(yīng)，從而防止鎂和鈦被氯氣所氧化（利用的是氬氣的穩(wěn)定性）．
（4）在上述轉(zhuǎn)化中，氯化鎂是反應(yīng)的原料，同時(shí)在過(guò)程中也生成了氯化鎂，所以生成的氯化鎂可以被循環(huán)利用．
點(diǎn)評(píng)：從問(wèn)題中思考反應(yīng)或者操作的原理和方法，進(jìn)而分析反應(yīng)或者操作的注意事項(xiàng)．