Question

3．钛及其化合物大量应用于航空、造船、电子、化学、医疗器械、电讯器材等各个领域．由钛铁矿（FeTiO₃）提取金属钛（海绵钛）的主要工艺流程如下（部分产物省略）：

（1）氯化的过程是将二氧化钛、碳粉混合，在高温条件下通人氯气制得TiCl₄和一种可燃性气体，该反应的化学方程式为TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；TiCl₄在室温下为无色液体，氯化后提纯四氯化钛的方法是过滤、蒸馏．
（2）还原过程是用过量的镁在高温条件下与TiCl₄反应制得海绵钛．写出此反应的化学方程式2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti．
（3）还原过程必须在1070K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是隔绝空气或在稀有气体环境．
（4）常温下，钛不与水、稀盐酸、稀H₂SO₄或稀HNO₃作周，但易溶于氢氟酸，推测其原因是D．
A．氢氟酸的酸性比其他酸强    B．氢氟酸的氧化性比其他酸强
C．氢氟酸的还原性比其他酸强    D．钛离子易与氟离子形成可溶性难电离物质
（5）上述工艺中，得到的海绵钛中可能含有金属镁，常温下除去该杂质应选用的试剂是稀盐酸或稀硫酸，不选择稀硝酸的原因是污染环境，且耗酸量多；若杂质只有金属镁的某海绵钛样品，去除杂质后质量减少十分之一，则该样品中n（Ti）：n（Mg）=2：9．

Answer 1

分析 根据题中提取金属钛（海绵钛）的主要工艺流程图可知，钛铁矿被碳还原后得二氧化钛，二氧化钛再与碳、氯气反应得四氯化钛和一种可燃性气体为CO，四氯化钛再被还原得到钛，
（1）根据元素守恒可写出化学方程式，提纯四氯化钛的方法是过滤、蒸馏；
（2）镁在高温条件下与TiCl₄反应制得钛和氯化镁；
（3）钛在高温下易被氧化，所以制取钛时应防止钛被氧化；
（4）比较氢氟酸与水、稀盐酸、稀H₂SO₄或稀HNO₃的性质差异可判断；
（5）硝酸与镁反应生成氮的氮化物，会污染环境，根据样品中除去镁后质量减少十分之一，即镁的质量也钛的质量之比为1：9，据此可计算出钛和镁的物质的量之比；

解答 解：根据题中提取金属钛（海绵钛）的主要工艺流程图可知，钛铁矿被碳还原后得二氧化钛，二氧化钛再与碳、氯气反应得四氯化钛和一种可燃性气体为CO，四氯化钛再被还原得到钛，
（1）在高温条件下二氧化钛、碳粉、氯气制得TiCl₄和CO，该反应的化学方程式为TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，提纯四氯化钛的方法是过滤、蒸馏，
故答案为：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；蒸馏；
（2）镁在高温条件下与TiCl₄反应制得钛和氯化镁，反应方程式为2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，
故答案为：2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；
（3）钛在高温下易被氧化，所以制取钛时应隔绝空气或在稀有气体条件下进行，防止钛被氧化，
故答案为：隔绝空气或在稀有气体环境；
（4）比较氢氟酸与水、稀盐酸、稀H₂SO₄或稀HNO₃的性质可知，氢氟酸的酸性弱于盐酸或硫酸等，故A错误，氧化性也弱于硝酸，故B错误，钛与氢氟酸反应，氢氟酸显示氧化性，故C错误，所以钛易溶于氢氟酸，是因为钛离子易与氟离子形成可溶性难电离物质，
故选D；
（5）硝酸与镁反应生成氮的氮化物，会污染环境，且耗酸量多，根据样品中除去镁后质量减少十分之一，即镁的质量也钛的质量之比为1：9，所以钛和镁的物质的量之比为$\frac{1}{24}$：$\frac{9}{48}$=2：9，
故答案为：污染环境，且耗酸量多；2：9．

点评 本题主要考查了钛的制取和提纯，涉及化学方程式的书写、实验条件的选择、工业流程的分析，综合性较强，难度较大，对学生的分析问题、解决问题的能力要求较高．