Question

4．金屬（Ti）硬度大、熔點高、耐腐蝕，被譽為“未來的金屬”．鈦酸亞鐵（FeTiO₃）過一系列反應制備鈦和甲醇（CH₃OH）主要生成過程如下：

（1）鈦酸亞鐵（FeTiO₃）中鈦元素為+4價．
（2）①中發(fā)生反應的化學方程式為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2X+2TiCl₄+6CO，則X為FeCl₃．
（3）③冶煉發(fā)生反應的化學方程式為TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;\;\;\;\;Ar\;\;\;\;\;}}{800℃}$Ti+2MgCl₂．該反應在氬氣（Ar）中進行的理由是 防止Mg、Ti被氧化．
（4）②中為使原料全部轉化為甲醇，理論上CO和H₂投料的質量比為7：1．
（5）綠色化學提倡物料循環(huán)，以上流程中可用于循環(huán)的物質除Cl₂、Mg外，還有MgCl₂．

Answer 1

分析 （1）根據在化合物中正負化合價代數和為零，進行分析解答．
（2）由質量守恒定律：反應前后，原子種類、數目均不變，據此由反應的化學方程式推斷生成物X的化學式．
（3）③中反應，即鎂與TiCl₄在800℃，在氬氣的環(huán)境中反應生成氯化鎂和鈦，寫出反應的化學方程式即可．
（4）②中反應，即一氧化碳與氫氣反應生成甲醇，寫出反應的化學方程式，計算出理論上CO和H₂投料的質量比即可．
（5）根據既是反應物，也是生成物的物質，可以循環(huán)使用進行分析解答．

解答 解：（1）鈦酸亞鐵中鐵元素顯+2價，氧元素顯-2價，設鈦元素的化合價是x，根據在化合物中正負化合價代數和為零，可得：（+2）+x+（-2）×3=0，則x=+4價．
（2）由質量守恒定律：反應前后，原子種類、數目均不變，由反應的化學方程式2FeTiO₃+6C+7Cl₂═2X+2TiCl₄+6CO，反應前鐵、鈦、氧、碳、氯原子個數分別為2、2、6、6、14，反應后的生成物中鐵、鈦、氧、碳、氯原子個數分別為0、2、6、6、8，根據反應前后原子種類、數目不變，則，2X分子中含有2個鐵原子和6個鐵原子，則每個X分子由1個鐵原子和3個氯原子構成，則物質X的化學式為FeCl₃．
（3）③中反應，即鎂與TiCl₄在800℃，在氬氣的環(huán)境中反應生成氯化鎂和鈦，反應的化學方程式TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;\;\;\;\;Ar\;\;\;\;\;}}{800℃}$Ti+2MgCl₂．
氬氣的化學性質很不活潑，該反應在氬氣（Ar）中進行的理由是防止Mg、Ti被氧化．
（4）②中反應，即一氧化碳與氫氣反應生成甲醇，反應的化學方程式為CO+2H₂═CH₃OH．為使原料全部轉化為甲醇，理論上CO和H₂投料的質量比為28：（2×2）=7：1．
（5）既是反應物，也是生成物的物質，可以循環(huán)使用，以上流程中可用于循環(huán)的物質除Cl₂、Mg外，還有MgCl₂．
故答案為：（1）+4；（2）FeCl₃；（3）TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;\;\;\;\;Ar\;\;\;\;\;}}{800℃}$Ti+2MgCl₂；防止Mg、Ti被氧化；（4）7：1；（5）MgCl₂．

點評 本題難度不大，理解冶煉金屬鈦和生產甲醇的工藝流程，掌握化合價的原則、質量守恒定律、化學方程式的書寫方法等是正確解答本題的關鍵．