Question

金屬鈦被譽為“21世紀金屬”，有“生物金屬，海洋金屬，太空金屬”等美稱．高純鈦具有比強度（即強度與密度之比）大、良好的可塑性、耐腐蝕、耐高溫、耐低溫、記憶能力等優(yōu)良性能，但當有雜質(zhì)存在時，鈦就變得脆而硬，其他性能也大打折扣．
我國盛產(chǎn)鈦鐵礦．由鈦鐵礦制備高純鈦的工藝流程如下圖：

下表是上圖中的部分物質(zhì)的熔沸點：

物質(zhì)	Mg	Ti	MgCl2	TiCl4
熔點/℃	648.8	1660	714	-25
沸點/℃	1107	3287	1412	136.4

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）需進行第①步操作的作用是

 

．
（2）第②步中反應(yīng)的化學方程式是：TiO₂+2C+2Cl₂

高溫  .

TiCl₄+2CO．該反應(yīng)的氧化劑是

 

，生成190kg TiCl₄時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是

 

mol．
（3）第④步中的過濾與第⑦步中的過濾在設(shè)備的要求上有什么不同？

 

．
（4）第⑤步提純TiCl₄的方法是

 

，要得到純凈的TiCl₄，必須在

 

℃時收集．第⑧步的真空電弧爐中的溫度接近

 

℃．
（5）已知鈦的還原性介于鋁與鋅之間．估計鈦能耐腐蝕的原因之一是

 

．如果可從Na、Zn、Fe三種金屬中選一種金屬代替第⑥步中的鎂，那么，該金屬跟四氯化鈦反應(yīng)的化學方程式是

 

．
（6）⑥⑦⑨三步操作需在稀有氣體保護下進行的原因是

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：元素及其化合物

分析：（1）粉末狀物質(zhì)的反應(yīng)速率要快于塊狀物質(zhì)的反應(yīng)速率；
（2）根據(jù)元素的化合價變化確定氧化劑以及電子轉(zhuǎn)移情況；
（3）根據(jù)兩步過濾：常溫溫度下的過濾和高溫過濾來回答；
（4）反應(yīng)后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，根據(jù)物質(zhì)的沸點高低來回答；
（5）根據(jù)金屬鋁的氧化物的性質(zhì)結(jié)合信息來回答，金屬鈉的活潑性強，可以用于金屬的冶煉；
（6）Mg、Ti可以跟空氣中O₂、N₂和CO₂反應(yīng)，據(jù)此回答．

解答： 解：（1）粉末狀物質(zhì)的反應(yīng)速率要快于塊狀物質(zhì)的反應(yīng)速率，需進行第①步操作的作用是：增加反應(yīng)物之間的接觸面積，增大化學反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，故答案為：增加反應(yīng)物之間的接觸面積，增大化學反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率；
（2）反應(yīng)TiO₂+2C+2Cl₂

高溫  .

TiCl₄+2CO中，氯氣中Cl化合價降低，氯氣是氧化劑，生成190gTiCl₄時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是4mol，所以生成190gTiCl₄時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是4×10³mol，故答案為：Cl₂；4×10³；
（3）第④步中的過濾是常溫溫度下的過濾，第⑦步中的過濾是高溫下的過濾，設(shè)備必須能耐800℃的高溫，故答案為：設(shè)備必須能耐800℃的高溫；
（4）根據(jù)圖中的部分物質(zhì)的熔沸點，應(yīng)后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，要得到純凈的TiCl₄，必須在136.4℃時收集，因為TiCl₄沸點是136.4℃，Ti的沸點是：1660℃，第⑧步的真空電弧爐中的溫度接近 1660℃，故答案為：蒸餾；136.4℃；1660℃；
（5）鈦的還原性介于鋁與鋅之間，氧化鋁是一層致密的氧化膜，估計鈦能耐腐蝕的原因鈦表面形成一層致密的氧化膜（或鈦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密）；活潑金屬鈉可以將金屬鈦置換出來：TiCl₄+4Na

高溫  .

Ti+4NaCl，Zn、和Fe都是不可以的，活潑性差，
故答案為：鈦表面形成一層致密的氧化膜（或鈦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密）；TiCl₄+4Na

高溫  .

Ti+4NaCl；
（6）Mg、Ti可以跟空氣中O₂、N₂和CO₂反應(yīng)，防止生成的Mg、Ti的氧化物及氮化物導致制取的金屬鈦不純，⑥⑦⑨三步操作需在稀有氣體保護下進行，
故答案為：防止Mg、Ti跟空氣中O₂、N₂和CO₂反應(yīng)生成Mg、Ti的氧化物及氮化物得不到高純鈦．

點評：本題綜合考查學生實驗的原理和設(shè)計方案的知識，注意知識的歸納和梳理是關(guān)鍵在，注重實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，難度中等．