Question

【題目】鈦及其合金具有密度小、強(qiáng)度高、耐酸、堿腐蝕等優(yōu)良性能，被廣泛用于航天、航空、航海、石油、化工、醫(yī)藥等部門。由釩鈦磁鐵礦經(jīng)“選礦”得到的鈦鐵礦提取金屬鈦(海綿鈦)的主要工藝過程如下：

（1）鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3。控制電爐熔煉溫度(<1500K)，用等物質(zhì)的量的碳還原出鐵，而鈦以二氧化鈦的形式進(jìn)入爐渣浮于熔融鐵之上，使鈦與鐵分離，鈦被富集。寫出相關(guān)反應(yīng)：

（2）已知氯化反應(yīng)過程中會產(chǎn)生一種無色可燃性氣體，請寫出在1073—1273K下氯化反應(yīng)的化學(xué)方程式：

（3）氯化得到的TiCl4中含有的VOCl3必須用高效精餾的方法除去。實(shí)際生產(chǎn)中常在409 K下用Cu還原VOCl3，反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比為1：1，生成氯化亞銅和難溶于TiCl4的還原物，寫出此反應(yīng)方程式：

（4）TiCl4的還原通常在800oC的條件下進(jìn)行，反應(yīng)過程中通入氬氣的目的是 ，試寫出從還原產(chǎn)物中分離出海綿鈦的步驟

（5）電解法冶煉鈦的一種生產(chǎn)工藝是將TiO2與粉末與黏結(jié)劑混合后，壓制成電解陰極板，用石墨作陽極，熔融氧化鈣作電解質(zhì)，電解過程中陽極生成O2和CO2氣體，破碎洗滌陰極板即得到電解鈦。試寫出陰極反應(yīng)方程式 。

Answer 1

【答案】

（1）FeTiO3 + C = Fe + TiO2 + CO

（2）2C+2Cl2+TiO2=2CO+TiCl4

（3）Cu+VOCl3=CuCl+VOCl2

（4）防止Mg在高溫下與空氣中O2、CO2等反應(yīng) ，①加入過量的稀鹽酸②過濾③洗滌、干燥固體。

（5） TiO2+4e—=Ti+2O2—

【解析】

試題分析：鈦鐵礦在高溫條件下被碳還原，得到生鐵和高鈦渣(TiO2)，高鈦渣與碳、氯氣高溫條件下生成TiCl4，TiCl4用鎂還原可知海綿鈦，

（1）FeTiO3高溫下與等物質(zhì)的量的碳還原出鐵同時生成二氧化鈦，反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeTiO3+CFe+TiO2+CO；

（2）氯化反應(yīng)是碳、氯氣與二氧化鈦的反應(yīng)，根據(jù)元素守恒可知，過程中會產(chǎn)生一種無色可燃性氣體應(yīng)為CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2C+2Cl2+TiO22CO+TiCl4；

（3）在409K下用Cu還原VOCl3，反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比為1：1，生成氯化亞銅和難溶于TiCl4的還原物應(yīng)為VOCl2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+VOCl3CuCl+VOCl2；

（4）用Mg還原TiCl4制金屬鈦取過程中必須在1070K的溫度下進(jìn)行，而在此溫度下鎂、鈦都會與氧氣反應(yīng)，所以反應(yīng)過程中通入氬氣的目的是防止Mg在高溫下與空氣中O2、CO2等反應(yīng)，金屬鈦中混有少量雜質(zhì)鎂，由題給信息知鈦的化學(xué)活性很小，僅能與氧氣等幾種物質(zhì)起反應(yīng)，而與稀鹽酸或稀硫酸等不反應(yīng)，所以實(shí)驗(yàn)操作為①加入過量的稀鹽酸②過濾③洗滌、干燥固體；

（5）電解時，陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成Ti，電極方程式為TiO2+4e-=Ti+2O2-，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為2O2-+4e-=O2，陽極生成O2，由于陽極材料為石墨，則氧氣和石墨反應(yīng)可生成CO2等。