Question

4．工業(yè)上制金屬鈦采用金屬熱還原法還原四氯化鈦．將鈦鐵礦和炭粉混合加熱進(jìn)行氯化處理，并使生成的TiCl₄在高溫下用熔融的鎂在氬氣中反應(yīng)可得多孔的海綿鈦，這種海綿鈦經(jīng)過粉碎、放入真空電弧爐里熔煉，最后制成各種鈦材．下圖為某化工企業(yè)生產(chǎn)流程示意圖：

請回答下列問題：
（1）鈦酸亞鐵（FeTiO₃）中鈦元素的化合價(jià)為+4；
（2）①中發(fā)生的反應(yīng)為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2X+2TiCl₄+6CO，則X為FeCl₃（填化學(xué)式）；
（3）③中需要?dú)鍤猓ˋr）作保護(hù)氣，請寫出③中反應(yīng)的化學(xué)方程式TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{Ar}$Ti+2MgCl₂，
（4）②中為使原料全部轉(zhuǎn)化為甲醇，理論上CO和H₂投料的質(zhì)量比為7：1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)在化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零考慮；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律推斷x的化學(xué)式；
（3）根據(jù)化學(xué)方程式的書寫方法填寫化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)氫氣和一氧化碳反應(yīng)的方程式考慮質(zhì)量比．

解答 解：（1）設(shè)FeTiO₃中P的化合價(jià)是x．FeTiO₃中Fe的化合價(jià)是+2價(jià)，O的化合價(jià)是-2價(jià)，利用化合物中各元素的化合價(jià)的代數(shù)和為零的原則得到方程（+2）+x+（-2）×3=0，解得，x=+4 所以鈦酸亞鐵（FeTiO₃）中鈦元素的化合價(jià)是+4價(jià)；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在反應(yīng)前后各元素原子的個(gè)數(shù)不變．從2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2X+2TiCl₄+6CO看鈦原子、氧原子、碳原子反應(yīng)前后除物質(zhì)x外個(gè)數(shù)已經(jīng)相等，故x中無鈦原子、氧原子、碳原子．鐵反應(yīng)前共有2個(gè)，反應(yīng)后只有x有，所以2x中有2個(gè)，從而x中有1個(gè)；氯原子反應(yīng)前有14個(gè)，反應(yīng)后x除外有8個(gè)，所以2x中有6個(gè)，因此x中有3個(gè)，因此x的化學(xué)式是FeCl₃；
（3）TiCl₄與Mg反應(yīng)的反應(yīng)物是TiCl₄與Mg，生成物是Ti和MgCl₂，用觀察法配平即可，因此該反應(yīng)的化學(xué)方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{Ar}$Ti+2MgCl₂；（4）根據(jù)從化學(xué)方程式2H₂+CO═CH₃OH
       4   28      
由此可知一氧化碳和氫氣的質(zhì)量比是：28：4=7：1．
故答案為：（1）+4；（2）FeCl₃；（3）TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{Ar}$Ti+2MgCl₂；（4）7：1

點(diǎn)評 本題主要考查了化合價(jià)的計(jì)算、化學(xué)方程式的書寫以及質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用，同時(shí)考查了學(xué)生從題目中獲取信息并運(yùn)用的能力．計(jì)算元素的化合價(jià)時(shí)一定要注意，一定不要忘記填上正號．