Question

17．鈦及其合金大量用于航空工業(yè)，有“空間金屬”之稱；另外，在造船工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、制造機(jī)械部件、電訊器材、硬質(zhì)合金等方面有著日益廣泛的應(yīng)用．以鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃）為原料制備金屬鈦的工藝流程如圖所示：

回答下列問題：
（1）FeTiO₃中Fe的化合價為+2．
（2）反應(yīng)①“氯化”時的還原劑是FeTiO₃、C（寫化學(xué)式），X的化學(xué)式為FeCl₃．
（3）比較金屬鈦和金屬鎂的活潑性：Ti＜Mg（填“＞”或“＜”），反應(yīng)②在氬氣（Ar）氛圍中進(jìn)行，該反應(yīng)中Ar的作用是防止Mg、Ti與空氣中氧氣發(fā)生反應(yīng)．
（4）反應(yīng)③的化學(xué)方程式為CO+2H₂=CH₃OH，甲醇的電子式為．
（5）鈦鐵礦與一定比例的焦炭粉混勻后在1100℃條件下加熱，發(fā)生反應(yīng)：FeTiO₃+C$\frac{\underline{\;1100℃\;}}{\;}$Fe+TiO₂+CO↑．不同直徑的鈦鐵礦顆粒發(fā)生上述反應(yīng)時的還原率與時間的關(guān)系如圖所示，由此得出的結(jié)論是鈦鐵礦顆粒越小，反應(yīng)速率越大．

Answer 1

分析 以鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃）加入焦炭、通入氯氣氯化發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到TiCl₄、CO、FeCl₃，TiC₄在Ar氣中加入金屬鎂加熱到800°C冶煉得到氯化鎂和Ti金屬，生成的一氧化碳和氫氣合成甲醇，
（1）結(jié)合化合價代數(shù)和為0計算FeTiO₃中Fe的化合價；
（2）反應(yīng)①是氯氣、碳、FeTiO₃發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，依據(jù)產(chǎn)物和原子守恒、電子守恒寫出化學(xué)方程式回答；
（3）②反應(yīng)可知鎂的還原性大于鈦，Ar氣是惰性氣體防止金屬被氧化；
（4）反應(yīng)③是氫氣和一氧化碳反應(yīng)生成甲醇，甲醇為共價化合物；
（5）由圖象分析可知鈦鐵礦顆粒直徑為20μm時反應(yīng)速率最大，還原率最高，直徑200μm時反應(yīng)速率最小，還原率最低．

解答 解：以鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃）加入焦炭、通入氯氣氯化發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到TiCl₄、CO、FeCl₃，TiC₄在Ar氣中加入金屬鎂加熱到800°C冶煉得到氯化鎂和Ti金屬，生成的一氧化碳和氫氣合成甲醇，
（1）依據(jù)化合價代數(shù)和為0計算FeTiO₃中Fe的化合價，O為-2價，Ti為+4價；Fe元素化合價+2價，故答案為：+2；
（2）反應(yīng)①是氯氣、碳、FeTiO₃發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：依據(jù)產(chǎn)物和原子守恒、電子守恒寫出化學(xué)方程式：2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2TiCl₄+2FeCl₃+6CO，反應(yīng)①“氯化”時的還原劑是FeTiO₃、C，X的化學(xué)式FeCl₃，
故答案為：FeTiO₃、C；FeCl₃；
（3）②反應(yīng)可知，2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;800°C\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂，鎂的還原性大于鈦，Ar氣是惰性氣體防止Mg、Ti金屬被空氣中氧氣氧化，
故答案為：＜；防止Mg、Ti與空氣中氧氣發(fā)生反應(yīng)；
（4）反應(yīng)③的化學(xué)方程式為：CO+2H₂=CH₃OH，甲醇為共價化合物，其結(jié)構(gòu)式為，每一個短線代表一對電子，則其電子式為：，
故答案為：CO+2H₂=CH₃OH；；
（5）由圖象分析可知鈦鐵礦顆粒直徑為20μm時反應(yīng)速率最大，還原率最高，直徑200μm時反應(yīng)速率最小，還原率最低，不同直徑的鈦鐵礦顆粒發(fā)生上述反應(yīng)時的還原率與時間的關(guān)系如圖所示，由此得出的結(jié)論是鈦鐵礦顆粒越小，反應(yīng)速率越大，
故答案為：鈦鐵礦顆粒越小，反應(yīng)速率越大；

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)的分離提純、物質(zhì)性質(zhì)、轉(zhuǎn)化關(guān)系的理解應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)、電子式等知識點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．