Question

钛及其合金具有密度小、强度高、耐酸、碱腐蚀等优良性能，被广泛用于航天、航空、航海、石油、化工、医药等部门。由钒钛磁铁矿经“选矿”得到的钛铁矿提取金属钛(海绵钛)的主要工艺过程如下：

（1）钛铁矿的主要成分为FeTiO₃。控制电炉熔炼温度(<1500K)，用等物质的量的碳还原出铁，而钛以二氧化钛的形式进入炉渣浮于熔融铁之上，使钛与铁分离，钛被富集。写出相关反应：                     

（2）已知氯化反应过程中会产生一种无色可燃性气体，请写出在1073—1273K下氯化反应的化学方程式：  

（3）氯化得到的TiCl₄中含有的VOCl₃必须用高效精馏的方法除去。实际生产中常在409 K下用Cu还原VOCl₃，反应物的物质的量之比为1：1，生成氯化亚铜和难溶于TiCl₄的还原物，写出此反应方程式：           

（4）TiCl₄的还原通常在800^oC的条件下进行，反应过程中通入氩气的目的是         ，试写出从还原产物中分离出海绵钛的步骤             

（5）电解法冶炼钛的一种生产工艺是将TiO₂与粉末与黏结剂混合后，压制成电解阴极板，用石墨作阳极，熔融氧化钙作电解质，电解过程中阳极生成O₂和CO₂气体，破碎洗涤阴极板即得到电解钛。试写出阴极反应方程式              。

Answer

（1）FeTiO3 + C = Fe + TiO2 + CO

（2）2C+2Cl2+TiO2=2CO+TiCl4

（3）Cu+VOCl3=CuCl+VOCl2

（4）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。

（5） TiO2+4e—=Ti+2O2—

【解析】

试题分析：钛铁矿在高温条件下被碳还原，得到生铁和高钛渣(TiO2)，高钛渣与碳、氯气高温条件下生成TiCl4，TiCl4用镁还原可知海绵钛，

（1）FeTiO3高温下与等物质的量的碳还原出铁同时生成二氧化钛，反应的化学方程式为FeTiO3+CFe+TiO2+CO；

（2）氯化反应是碳、氯气与二氧化钛的反应，根据元素守恒可知，过程中会产生一种无色可燃性气体应为CO，反应的化学方程式为2C+2Cl2+TiO22CO+TiCl4；

（3）在409K下用Cu还原VOCl3，反应物的物质的量之比为1：1，生成氯化亚铜和难溶于TiCl4的还原物应为VOCl2，反应的化学方程式为Cu+VOCl3CuCl+VOCl2；

（4）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；

（5）电解时，阴极发生还原反应生成Ti，电极方程式为TiO2+4e-=Ti+2O2-，阳极发生氧化反应，电极方程式为2O2-+4e-=O2，阳极生成O2，由于阳极材料为石墨，则氧气和石墨反应可生成CO2等。

考点：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。