Question

（14分）金屬鈦被稱為鐵和鋁之后崛起的“第三金屬”，常見化合價為+4。它是空間技術、航海、化工、醫療上不可缺少的材料。

Ⅰ.工業上用鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃）制備金屬鈦的一種工藝流程如下圖（部分產物略去）：

（1）步驟①反應的化學方程式為：2FeTiO₃ + 6C + 7Cl₂2FeCl₃ + 2TiCl₄ + 6CO，還原劑是                    。

（2）步驟②分離出TiCl₄的方法，利用了TiCl₄與FeCl₃       的不同。

（3）步驟④反應的化學方程式為________________________________，該反應在氬氣中進行的理由是________________________                    ______。

（4）綠色化學提倡物料循環。以上流程中，可用于循環的物質除Cl₂、Mg外，還有____________。

II. 工業上也可用TiO₂通過下述兩種方法制備金屬鈦：

方法一：先將TiO₂氯化為TiCl₄，再還原得到Ti。

（5）氯化反應TiO₂ (s)+2Cl₂ (g) TiCl₄(l) + O₂ (g) 無法自發正向進行，在反應器中加入碳，則在高溫條件下反應可順利進行。試從化學平衡角度解釋，往氯化反應器中加碳的原因：                                          。

方法二：以熔融鹽為電解液電解TiO₂獲得Ti。其中，碳塊為陽極，電極反應式為：2O²ˉ–4eˉ=O₂↑；TiO₂作陰極，被還原。

（6）陰極的電極反應式為               。

（7）電解過程中需定期向電解槽中加入碳塊的原因是                     。

 

Answer 1

（14分）

（1）FeTiO₃、C（2分）

（2）沸點（1分）

   （3）2Mg + TiCl₄2MgCl₂+ Ti ；防止Mg、Ti被氧化（各2分，共4分）

（4）MgCl₂（1分）

（5）碳單質與氧氣反應減小產物濃度，平衡不斷向右移動，使反應順利進行（2分）

（6）TiO₂+4eˉ=Ti+2O²ˉ（2分）

（7）碳與陽極產生的氧氣反應而不斷消耗（2分）

解析: