Question

9．金属钛具有密度小，强度高，耐腐蚀，无毒等优点，已广泛应用于航空航天工业，并逐步进入了化工、船舶、汽车、体育器材、医疗等民用领域，并显示出了巨大的发展潜力，还原法是工业上冶炼钛常用方法之一，该方法是以金红石（主要含TiO₂）或TiO₂为原料来制取，其主要工艺流程如图：

试回答下列问题：
（1）已知反应①通常在800～900℃的条件下进行，产物中有一种可燃性无色气体，其中当有1mol Cl₂完全反应时，参加反应的还原剂的物质的量为1mol．
（2）反应②通常在800℃的条件下进行，通入氩气的目的是防止Mg在高温下与空气中O₂、CO₂等反应；分离反应②的产物所得到的海绵钛中常混有少量杂质，应如何除去杂质？①加入过量的稀盐酸②过滤③洗涤、干燥固体（简述操作过程）．
（3）在上述工艺流程中可以循环使用的物质是Mg、Cl₂．

Answer 1

分析 金红石中加入焦炭，通入氯气发生反应生成TiCl₄，同时生成CO，在TiCl₄中通入氩气、氯气，得到Ti、MgCl₂，电解氯化镁可的得到镁，海绵钛经熔融可得到钛锭，
（1）反应①通常在800～900℃的条件下进行，反应的方程式为2C+2Cl₂+TiO₂$\frac{\underline{\;800-900℃\;}}{\;}$2CO+TiCl₄，结合方程式计算；
（2）用Mg还原TiCl₄制金属钛取过程中必须在1070K的温度下进行，而在此温度下镁、钛都会与氧气反应；金属钛中混有少量杂质镁，由题给信息知钛的化学活性很小，仅能与氧气等几种物质起反应，而与稀盐酸或稀硫酸等不反应；
（3）流程中用到Mg、Cl₂，电解氯化镁可生成Mg、Cl₂，则二者可循环使用．

解答 解：金红石中加入焦炭，通入氯气发生反应生成TiCl₄，同时生成CO，在TiCl₄中通入氩气、氯气，得到Ti、MgCl₂，电解氯化镁可的得到镁，海绵钛经熔融可得到钛锭，
（1）反应①通常在800～900℃的条件下进行，反应的方程式为2C+2Cl₂+TiO₂$\frac{\underline{\;800-900℃\;}}{\;}$2CO+TiCl₄，反应中C为还原剂，1mol Cl₂完全反应时，有1molC参加反应，故答案为：1；
（2）用Mg还原TiCl₄制金属钛取过程中必须在1070K的温度下进行，而在此温度下镁、钛都会与氧气反应，所以反应过程中通入氩气的目的是防止Mg在高温下与空气中O₂、CO₂等反应，金属钛中混有少量杂质镁，由题给信息知钛的化学活性很小，仅能与氧气等几种物质起反应，而与稀盐酸或稀硫酸等不反应，所以实验操作为①加入过量的稀盐酸②过滤③洗涤、干燥固体，
故答案为：防止Mg在高温下与空气中O₂、CO₂等反应；①加入过量的稀盐酸②过滤③洗涤、干燥固体；
（3）流程中用到Mg、Cl₂，电解氯化镁可生成Mg、Cl₂，则二者可循环使用，故答案为：Mg、Cl₂．

点评 本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意把握实验的基本原理和物质的性质．