Question

金屬鈦因為有神奇的性能越來越引起人們的關注，常溫下鈦不與非金屬及強酸反應，加熱時卻可以和常見的非金屬單質反應．鈦是航空、軍工、電力等領域的重要原材料．地殼中的含鈦礦石之一是金紅石（TiO₂），目前大規模生產鈦的方法是：
（1）使金紅石與碳粉混合，在高溫條件下反應，再通入氯氣，制得TiCl₄和一種可燃性氣體．
該反應的化學方程式為______．該反應的還原劑是______．
（2）在氬氣的氣流中，高溫下用過最的鎂跟TiCl₄反應制得鈦．寫出此反應的化學方程式：______．
（3）從上述反應的混合物中分離出金屬鈦．請寫出簡要的分離步驟和相關的化學方程式：______．

Answer 1

解：（1）根據“金紅石、炭粉混合在高溫條件下通入氯氣”的敘述，得知反應物是三種物質金紅石、炭粉和氯氣在高溫下反應發生的；又“制得TiCl₄和一種可燃性氣體”可知生成兩種物質，其中可燃性氣體的確定為本問題的難點．根據反應前后元素種類不變，反應前含C、O、Ti、Cl四種元素，反應后只能明確在TiCl₄中含有Ti、Cl兩種元素，所以判斷可燃性氣體應含有C、O兩種元素．由C、O元素組成的可燃性氣體為CO氣體．故答案為：TiO₂+2Cl₂+2C TiCl₄+2CO；
（2）題中明確說明“在氬氣的保護下”說明此反應中稀有氣體氬氣只作為保護氣并不參加反應，所以氬氣不是該反應的反應物，反應的反應物為TiCl₄和鎂．對于生成物，題中信息只告知“制得金屬鈦”，其他生成物需要自己分析解決．而題中對此反應沒有更多介紹信息，因此在分析反應時可借助“金屬（Mg）和鹽（TiCl₄）發生置換反應”的規律解答．故答案為：TiCl₄+2Mg Ti+2MgCl₂；
（3）“產物”是由制得的金屬鈦、生成的氯化鎂和因加過量而剩余的鎂三種物質所組成．要分離出金屬鈦，可先使用水溶解氯化鎂除去產物中的氯化鎂雜質，然后利用鈦常溫下不與酸反應的性質，把混合物放入足量稀鹽酸，除去產物中過量的鎂，最后洗滌干燥即得較為純凈的金屬鈦．
故答案為：
（1）T1O₂+2C+2C1₂TiCl₄+2CO；碳；
（2）2Mg+TiCl₄2MgCl₂+Ti
（3）：①將混合物溶于水，過濾②在濾渣中加入過量稀鹽酸，過濾③洗滌、烘干．
Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑
分析：根據題意，題目旨在分析所給信息找出反應發生的過程，用化學方程式表示反應．解答此類問題時，主要抓住反應物、生成物和反應條件的辨別和分析，正確書寫有關物質的化學式，一般配平過程不會太復雜．
本題還涉及混合物的分離的實驗設計，使用化學方法分離混合物時選用的化學試劑應只與混合物中雜質反應，并且反應后不帶來新的雜質．
點評：初中化學中“可燃性氣體”主要有一氧化碳、氫氣、甲烷三種氣體．