Question

4．鈦及其合金具有密度小、強度高、耐酸、堿腐蝕等優(yōu)良性能，被廣泛用于航天、航空、航海、石油、化工、醫(yī)藥等部門．由釩鈦磁鐵礦經“選礦”得到的鈦鐵礦提取金屬鈦（海綿鈦）的主要工藝過程如下：

（1）鈦鐵礦的主要成分為FeTiO₃．控制電爐熔煉溫度（＜1500K），用等物質的量的碳還原出鐵，而鈦以二氧化鈦的形式進入爐渣浮于熔融鐵之上，使鈦與鐵分離，鈦被富集．寫出相關反應：FeTiO₃+C$\frac{\underline{\;＜1500K\;}}{\;}$Fe+TiO₂+CO．
（2）已知氯化反應過程中會產生一種無色可燃性氣體，請寫出在1073-1273K下氯化反應的化學方程式：2C+2Cl₂+TiO₂=$\frac{\underline{\;1073-1273K\;}}{\;}$2CO+TiCl₄．
（3）氯化得到的TiCl₄中含有的VOCl₃必須用高效精餾的方法除去．實際生產中常在409K下用Cu還原VOCl₃，反應物的物質的量之比為1：1，生成氯化亞銅和難溶于TiCl₄的還原物，寫出此反應方程式：Cu+VOCl₃$\frac{\underline{\;409K\;}}{\;}$CuCl+VOCl₂．
（4）TiCl₄的還原通常在800°C的條件下進行，反應過程中通入氬氣的目的是防止Mg在高溫下與空氣中O₂、CO₂等反應，試寫出從還原產物中分離出海綿鈦的步驟①加入過量的稀鹽酸②過濾③洗滌、干燥固體．
（5）電解法冶煉鈦的一種生產工藝是將TiO₂與粉末與黏結劑混合后，壓制成電解陰極板，用石墨作陽極，熔融氧化鈣作電解質，電解過程中陽極生成O₂和CO₂氣體，破碎洗滌陰極板即得到電解鈦．試寫出陰極反應方程式TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-．

Answer 1

分析 鈦鐵礦在高溫條件下被碳還原，得到生鐵和高鈦渣（TiO₂），高鈦渣與碳、氯氣高溫條件下生成TiCl₄，TiCl₄用鎂還原可知海綿鈦，
（1）FeTiO₃高溫下與等物質的量的碳還原出鐵同時生成二氧化鈦根據元素守恒和電子得失守恒書寫化學方程式；
（2）氯化反應是碳、氯氣與二氧化鈦的反應，根據元素守恒可知，過程中會產生一種無色可燃性氣體應為CO，據此書寫化學方程式；
（3）在409K下用Cu還原VOCl₃，反應物的物質的量之比為1：1，生成氯化亞銅和難溶于TiCl₄的還原物應為VOCl₂，據此書寫反應方程式；
（4）用Mg還原TiCl₄制金屬鈦取過程中必須在1070K的溫度下進行，而在此溫度下鎂、鈦都會與氧氣反應；金屬鈦中混有少量雜質鎂，由題給信息知鈦的化學活性很小，僅能與氧氣等幾種物質起反應，而與稀鹽酸或稀硫酸等不反應，據此答題；
（5）電解時，陰極發(fā)生還原反應生成Ti，電極方程式為TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-，陽極發(fā)生氧化反應，電極方程式為2O^2-+4e^-=O₂，陽極生成O₂，由于陽極材料為石墨，則氧氣和石墨反應可生成CO₂等，據此答題．

解答 解：鈦鐵礦在高溫條件下被碳還原，得到生鐵和高鈦渣（TiO₂），高鈦渣與碳、氯氣高溫條件下生成TiCl₄，TiCl₄用鎂還原可知海綿鈦，
（1）FeTiO₃高溫下與等物質的量的碳還原出鐵同時生成二氧化鈦，反應的化學方程式為FeTiO₃+C$\frac{\underline{\;＜1500K\;}}{\;}$Fe+TiO₂+CO，
故答案為：FeTiO₃+C$\frac{\underline{\;＜1500K\;}}{\;}$Fe+TiO₂+CO；
（2）氯化反應是碳、氯氣與二氧化鈦的反應，根據元素守恒可知，過程中會產生一種無色可燃性氣體應為CO，反應的化學方程式為2C+2Cl₂+TiO₂=$\frac{\underline{\;1073-1273K\;}}{\;}$2CO+TiCl₄，
故答案為：2C+2Cl₂+TiO₂=$\frac{\underline{\;1073-1273K\;}}{\;}$2CO+TiCl₄；
（3）在409K下用Cu還原VOCl₃，反應物的物質的量之比為1：1，生成氯化亞銅和難溶于TiCl₄的還原物應為VOCl₂，反應的化學方程式為Cu+VOCl₃$\frac{\underline{\;409K\;}}{\;}$CuCl+VOCl₂，
故答案為：Cu+VOCl₃$\frac{\underline{\;409K\;}}{\;}$CuCl+VOCl₂；
（4）用Mg還原TiCl₄制金屬鈦取過程中必須在1070K的溫度下進行，而在此溫度下鎂、鈦都會與氧氣反應，所以反應過程中通入氬氣的目的是防止Mg在高溫下與空氣中O₂、CO₂等反應，金屬鈦中混有少量雜質鎂，由題給信息知鈦的化學活性很小，僅能與氧氣等幾種物質起反應，而與稀鹽酸或稀硫酸等不反應，所以實驗操作為①加入過量的稀鹽酸②過濾③洗滌、干燥固體，
故答案為：防止Mg在高溫下與空氣中O₂、CO₂等反應；①加入過量的稀鹽酸②過濾③洗滌、干燥固體；
（5）電解時，陰極發(fā)生還原反應生成Ti，電極方程式為TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-，陽極發(fā)生氧化反應，電極方程式為2O^2-+4e^-=O₂，陽極生成O₂，由于陽極材料為石墨，則氧氣和石墨反應可生成CO₂等，
故答案為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-．

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．