Question

3．金屬鐵密度小、硬度大、抗腐蝕性能好，被譽為“未來的金屬”，某工廠用鈦酸亞鐵（FeTiO₃）、焦炭為原料制取金屬鈦，請據圖回答下列問題：

（1）反應前將鈦酸亞鐵和焦炭磨成粉末狀的原因是為了增大反應物之間的接觸面積，鈦酸亞鐵（FeTiO₃）中鈦元素為+4價．
（2）Ti₂O₂與C、Cl₂在高溫下反應，生成TiCl₄和一種有毒氣體，該氣體是一種氧化物，其化學式為CO．
（3）寫出步驟③中（Ar起保護氣作用）在高溫時生成金屬鈦的化學反應方程式TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂，該反應的基本類型為置換反應．
（4）今年來，工業(yè)上用電解熔融的TiO₂來制取金屬Ti獲得成功，從能量的角度分析，工業(yè)利用該方法制備金屬Ti的缺點是需要消耗大量的電能．

Answer 1

分析 （1）根據反應物之間的接觸面積以及化合價的計算方法來分析；
（2）根據化學反應前后原子的種類和數(shù)目不變求物質的化學式；
（3）根據題中信息結合化學方程式的書寫分析；
（4）根據反應的條件來分析．

解答 解：（1）反應前將鈦酸亞鐵和焦炭磨成粉末狀是為了增大反應物之間的接觸面積；鈦酸亞鐵的化學式為FeTiO₃，其中鐵元素的化合價為+2價，氧元素的化合價為-2價，因化合物中元素化合價的代數(shù)和為0，設鈦的化合價為x，則（+2）+x+（-2）×3=0，解得x=+4．故答案為：為了增大反應物之間的接觸面積；+4；
（2）Ti₂O₂與C、Cl₂在高溫下反應，生成TiCl₄和一種有毒氣體，該氣體是一種氧化物，該氣體是一氧化碳，故填：CO；
（3）根據題中信息，鎂與TiCl₄在高溫條件下反應生成金屬鈦和氯化鎂，該反應的化學方程式為TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂；該反應是由一種單質與一種化合物反應生成另一種單質與另一種化合物，屬于置換反應；故答案為：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂；置換反應；
（4）工業(yè)上用電解熔融的TiO₂來制取金屬Ti獲得成功，但是此方法需要消耗大量的電能，故填：需要消耗大量的電能．

點評 本題考查物質的制備實驗方案的設計，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，為高考常見題型，難度中等，注意把握實驗的基本原理和物質的性質．