Question

钛有强度高和质地轻的优点，广泛应用于飞机制造业等。工业上利用钛铁矿，其主要成分为钛酸亚铁（FeTiO₃）制备钛金属，工业流程如下： 已知：Ti与TiO₂化学性质稳定，不溶于稀硫酸、稀盐酸等。

（1）请写出FeTiO₃与稀盐酸反应的离子方程式：                                          。
（2）请写出“熔融氧化”的化学方程式：                                                    。
（3）电解氯化镁的阴极反应式为：                                                ，可循环利用的物质为：                              （填化学式）。
（4）热还原法中能否改用钠代替镁作还原剂：    （填“能”或“不能”）；原因为：                                                                 。
（5）用此方法制备得到的Ti金属常混有MgCl₂和Mg，除杂试剂是         （填化学式）。

Answer 1

（1）FeTiO₃+2H⁺ Fe²⁺+TiO₂+H₂O  （3分）
（2）TiO₂+ 2C+ 2Cl₂ TiCl₄+ 2CO （3分）
（3）Mg²⁺ + 2e^- =" Mg" （3分）   Cl₂和Mg （2分）
（4）能；（1分）钠的还原性比镁强（1分）
（5）HCl（2分）（填写H₂SO₄、HNO₃均可）

试题分析：由已知条件可知，金属Ti是难溶于稀硫酸和稀盐酸的物质，而杂质MgCl₂和Mg都是易溶于酸的，所以要除去杂质，可以加入稀盐酸或稀硫酸等试剂。
（1）根据流程图示，钛铁矿中加入盐酸酸浸后，得到了滤液氯化亚铁和滤渣TiO2，所以根据反应物和产物可以写出反应的离子方程式为：FeTiO₃+2H⁺ Fe²⁺+TiO₂+H₂O。
（2）熔融氧化过程中参与反应的物质已知的有TiO2和C，从产物来看C作了还原剂被氧化成了CO，但是TiO2生成TiCl4，Ti的化合价没有发生变化，且多出了Cl离子，所以由此可以猜测还有一种氧化剂参与了反应，而氧化剂就是氯气，所以根据所推反应物和生成物，该反应的化学方程式为：TiO₂+ 2C+ 2Cl₂ TiCl₄+ 2CO。
（3）电解氯化镁可以制备金属镁，所以阴极发生的反应式为Mg²⁺ + 2e^- = Mg，而阳极发生氧化反应生成氯气，电解产生的金属镁、氯气可以分别在热还原步骤和熔融氧化步骤中加以循环利用。
（4）热还原是在高温的条件下用活泼金属还原制备较不活泼金属的过程，金属钠比金属镁更加活泼，所以也可以用金属钠代替金属镁做还原剂。