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)、化學工業(yè)、制造機械部件、電訊器材、硬質合金等方面有著日益廣泛的應用．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①“氯化”時的還原劑是FeTiO₃、C（寫化學式），X的化學式為FeCl₃．
（3）比較金屬鈦和金屬鎂的活潑性：Ti＜Mg（填“＞”或“＜”），反應②在氬氣（Ar）氛圍中進行，該反應中Ar的作用是防止Mg、Ti與空氣中氧氣發(fā)生反應．
（4）反應③的化學方程式為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：FeTiO₃+C$\frac{\underline{\;1100℃\;}}{\;}$Fe+TiO₂+CO↑．不同直徑的鈦鐵礦顆粒發(fā)生上述反應時的還原率與時間的關系如圖所示，由此得出的結論是鈦鐵礦顆粒越小，反應速率越大．

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）結合化合價代數(shù)和為0計算FeTiO₃中Fe的化合價；
（2）反應①是氯氣、碳、FeTiO₃發(fā)生的氧化還原反應，依據產物和原子守恒、電子守恒寫出化學方程式回答；
（3）②反應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③是氫氣和一氧化碳反應生成甲醇，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時反應速率最大，還原率最高，直徑200μm時反應速率最小，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①是氯氣、碳、FeTiO₃發(fā)生的氧化還原反應，反應的化學方程式為：依據產物和原子守恒、電子守恒寫出化學方程式：2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2TiCl₄+2FeCl₃+6CO，反應①“氯化”時的還原劑是FeTiO₃、C，X的化學式FeCl₃，
故答案為：FeTiO₃、C；FeCl₃；
（3）②反應可知，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；
（4）反應③的化學方程式為：CO+2H₂=CH₃OH，甲醇為共價化合物，其結構式為，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時反應速率最大，還原率最高，直徑200μm時反應速率最小，還原率最低，不同直徑的鈦鐵礦顆粒發(fā)生上述反應時的還原率與時間的關系如圖所示，由此得出的結論是鈦鐵礦顆粒越小，反應速率越大，
故答案為：鈦鐵礦顆粒越小，反應速率越大；

點評 本題考查了物質的分離提純、物質性質、轉化關系的理解應用、氧化還原反應、電子式等知識點，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．