Question

钛（Ti）因为具有许多神奇的性能而越来越引起人们的关注，常温下钛不和非金属、强酸反应，红热时，却可与许多常见非金属单质反应，钛是航空、军工、电力等方面的必需原料，地壳中含钛矿石之一种称为金红石（TiO₂）矿石．目前大规模生产钛的方法是：
第一步：金红石、炭粉混合在高温条件下通入氯气制得TiCl₄和一种可燃性气体，该步反应发生的化学方程式是______．
第二步：在氩气的保护下，用过量的镁在加热条件下与TiCl₄反应制得金属钛．
（1）此反应的化学方程式______．
（2）如何由上述所得产物中获得纯净金属钛？简述主要步骤并写出有关化学方程式．

Answer 1

解：[第一步]根据“金红石、炭粉混合在高温条件下通入氯气”的叙述，得知反应是三种物质金红石、炭粉和氯气在高温下反应发生的；又“制得TiCl₄和一种可燃性气体”可知生成两种物质，其中可燃性气体的确定为本问题的难点．根据反应前后元素种类不变，反应前含C、O、Ti、Cl四种元素，反应后只能明确在TiCl₄中含有Ti、Cl两种元素，所以判断可燃性气体应含有C、O两种元素．由C、O元素组成的可燃性气体为CO气体．
故答：TiO₂+2Cl₂+2CTiCl₄+2CO；
[第二步]（1）题中明确“在氩气的保护下”说明此反应中稀有气体氩气只作为保护气并不参加反应，所以氩气不是该反应的反应物，反应的反应物为TiCl₄和镁．对于生成物，题中信息只告知“制得金属钛”，其他生成物需要自己分析解决．而题中对此反应没有更多介绍信息，因此在分析反应时可借助“金属（Mg）和盐（TiCl₄）发生置换反应”的规律解答．
故答：TiCl₄+2MgTi+2MgCl₂；
（2）“产物”是由制得的金属钛、生成的氯化镁和因加过量而剩余的镁三种物质所组成．要分离出金属钛，可先使用水溶解氯化镁除去产物中的氯化镁杂质，然后利用钛常温下不与酸反应的性质，把混合物放入足量稀盐酸，除去产物中过量的镁，最后洗涤干燥即得较为纯净的金属钛．
故答：①将混合物溶于水，过滤②在滤渣中加入过量稀盐酸，过滤③洗涤、烘干．Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑
分析：根据题意，题目旨在分析所给信息找出反应发生的过程，用化学方程式表示反应．解答此类问题时，主要抓住反应物、生成物和反应条件的辨别和分析，正确书写有关物质的化学式，一般配平过程不会太复杂．
本题还涉及混合物的分离的实验设计，使用化学方法分离混合时选用的化学试剂应只与混合物中杂质反应，并且反应后不带来新的杂质．
点评：初中化学中“可燃性气体”主要有一氧化碳、氢气、甲烷三种气体．