Question

7．钛被称为“21世纪的金属”，其比强度位于金属之首．工业上常用金红石（主要成分TiO₂）为主要原料制取金属钛及其化合物，如：TiCl₃、TiO₂．
制取钛：①TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO    ②2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2MgCl₂+Ti③Ti+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄ ④TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2Cl₂↑+Ti铝还原法制取TiCl₃：

（1）制取钛的反应②常在下列某气体中进行，该气体可以是d
a．空气    b．氮气      c．二氧化碳      d．氩气
（2）TiCl₄在工业生产中为重要的中间体，写出铝还原法制取TiCl₃工艺中136℃反应器中的化学反应方程式4Al+3TiCl₄$\frac{\underline{\;136℃\;}}{\;}$4AlCl₃+3Ti
（3）TiCl₄可用于制备TiO₂，制备时向TiCl₄中加入大量水并且加热可得TiO₂•xH₂O，写出该步反应的化学方程式TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl↑
（4）实验室模拟反应③制TiCl₄的装置如图2，已知：TiCl₄在常温下为液体，空气中放置时就易水解，会产生刺激性烟雾．请回答：

①仪器D的名称是球形干燥管
②仪器B中反应的离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cl₂↑+Mn²⁺+2H₂O
③实验开始时先点燃甲（填“甲”或“乙”）处酒精灯．
④装置C中盛装的液体是c，装置E中盛装的液体是d
a．水        b．饱和食盐水        c．浓硫酸        d．氢氧化钠溶液
⑤装置D的主要作用是防止水蒸汽进入造成产品水解．

Answer 1

分析 本题模拟工业上常用金红石（主要成分TiO₂）为主要原料制取金属钛及其化合物TiCl₃和TiO₂，考查了反应原理及反应环境，如用热还原法利用镁制取Ti时要防镁的氧化，选择在惰性环境中进行，另外实验室制TiCl₄时，结合TiCl₄在常温下为液体，空气中放置时就易水解，会产生刺激性烟雾的性质，通入的氯气需经过干燥，并提供一个无氧环境，同时要注意尾气的处理，据此解答；
（1）选择反应②制取钛的环境时，只要考虑选择的气体不与镁参加反应即可；
（2）铝与TiCl₄在136℃的条件下发生置换反应生成TiCl₃；
（3）TiCl₄在加热的条件下遇水水解可得TiO₂•xH₂O，同时生成HCl气体；
（4）①结合常见仪器的结构可确定D的名称；
②实验室利用二氧化锰和浓盐酸混合加热制氯气，发生反应的化学方程式为MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cl₂↑+MnCl₂+2H₂O，据此可写出离子反应式；
③实验过程中要利用生成的氯气将装置内的空气排尽；
④为防止生成的TiCl₄水解，氯气需要干燥，装置C应该是干燥作用，装置E是为了吸收含氯气的尾气，防止污染空气；
⑤装置D是一个干燥装置，防止外界的水汽进入TiCl₄收集装置里．

解答 解：（1）在加热或点燃的情况下，镁能与氧气、二氧化碳和氮气反应，则选择氩气，故答案为：d；
（2）利用置换反应的原理用铝与TiCl₄反应制得TiCl₃，反应的方程式为4Al+3TiCl₄$\frac{\underline{\;136℃\;}}{\;}$4AlCl₃+3Ti，故答案为：4Al+3TiCl₄$\frac{\underline{\;136℃\;}}{\;}$4AlCl₃+3Ti；
（3）在加热的条件下，TiCl₄水解得TiO₂•xH₂O和HCl，反应方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl↑，故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl↑；
（4）①仪器D为球形干燥管，故答案为：球形干燥管；
②根据反应方程式MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cl₂↑+MnCl₂+2H₂O可得实验室制氯气的离子反应式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cl₂↑+Mn²⁺+2H₂O，故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cl₂↑+Mn²⁺+2H₂O；
③为了防止Ti被空气中的氧气氧化，故要利用生成的氯气除空气，则先加热制氯气的装置，故答案为：甲；
④C装置中盛装浓硫酸干燥氯气，利用E中盛装的氢氧化钠溶液吸收尾气中的氯气，防污染空气，故答案为：c；d；
⑤因TiCl₄易水解，为防止外界水汽进入收集TiCl₄装置，利用D装置中的氯化钙吸水，故答案为：防止水蒸汽进入造成产品水解．

点评 本题考查氯气的化学性质、金属冶炼及其性质，涉及实验的基本操作和反应原理，属基础性考查，难度不大，建议学生要重视双基的复习，提高分析问题解决问题的能力．