Question

4．金属（Ti）硬度大、熔点高、耐腐蚀，被誉为“未来的金属”．钛酸亚铁（FeTiO₃）过一系列反应制备钛和甲醇（CH₃OH）主要生成过程如下：

（1）钛酸亚铁（FeTiO₃）中钛元素为+4价．
（2）①中发生反应的化学方程式为：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2X+2TiCl₄+6CO，则X为FeCl₃．
（3）③冶炼发生反应的化学方程式为TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;\;\;\;\;Ar\;\;\;\;\;}}{800℃}$Ti+2MgCl₂．该反应在氩气（Ar）中进行的理由是 防止Mg、Ti被氧化．
（4）②中为使原料全部转化为甲醇，理论上CO和H₂投料的质量比为7：1．
（5）绿色化学提倡物料循环，以上流程中可用于循环的物质除Cl₂、Mg外，还有MgCl₂．

Answer 1

分析 （1）根据在化合物中正负化合价代数和为零，进行分析解答．
（2）由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，据此由反应的化学方程式推断生成物X的化学式．
（3）③中反应，即镁与TiCl₄在800℃，在氩气的环境中反应生成氯化镁和钛，写出反应的化学方程式即可．
（4）②中反应，即一氧化碳与氢气反应生成甲醇，写出反应的化学方程式，计算出理论上CO和H₂投料的质量比即可．
（5）根据既是反应物，也是生成物的物质，可以循环使用进行分析解答．

解答 解：（1）钛酸亚铁中铁元素显+2价，氧元素显-2价，设钛元素的化合价是x，根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得：（+2）+x+（-2）×3=0，则x=+4价．
（2）由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，由反应的化学方程式2FeTiO₃+6C+7Cl₂═2X+2TiCl₄+6CO，反应前铁、钛、氧、碳、氯原子个数分别为2、2、6、6、14，反应后的生成物中铁、钛、氧、碳、氯原子个数分别为0、2、6、6、8，根据反应前后原子种类、数目不变，则，2X分子中含有2个铁原子和6个铁原子，则每个X分子由1个铁原子和3个氯原子构成，则物质X的化学式为FeCl₃．
（3）③中反应，即镁与TiCl₄在800℃，在氩气的环境中反应生成氯化镁和钛，反应的化学方程式TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;\;\;\;\;Ar\;\;\;\;\;}}{800℃}$Ti+2MgCl₂．
氩气的化学性质很不活泼，该反应在氩气（Ar）中进行的理由是防止Mg、Ti被氧化．
（4）②中反应，即一氧化碳与氢气反应生成甲醇，反应的化学方程式为CO+2H₂═CH₃OH．为使原料全部转化为甲醇，理论上CO和H₂投料的质量比为28：（2×2）=7：1．
（5）既是反应物，也是生成物的物质，可以循环使用，以上流程中可用于循环的物质除Cl₂、Mg外，还有MgCl₂．
故答案为：（1）+4；（2）FeCl₃；（3）TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;\;\;\;\;Ar\;\;\;\;\;}}{800℃}$Ti+2MgCl₂；防止Mg、Ti被氧化；（4）7：1；（5）MgCl₂．

点评 本题难度不大，理解冶炼金属钛和生产甲醇的工艺流程，掌握化合价的原则、质量守恒定律、化学方程式的书写方法等是正确解答本题的关键．