Question

4．金屬（Ti）硬度大、熔點(diǎn)高、耐腐蝕，被譽(yù)為“未來(lái)的金屬”．鈦酸亞鐵（FeTiO₃）過(guò)一系列反應(yīng)制備鈦和甲醇（CH₃OH）主要生成過(guò)程如下：

（1）鈦酸亞鐵（FeTiO₃）中鈦元素為+4價(jià)．
（2）①中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2X+2TiCl₄+6CO，則X為FeCl₃．
（3）③冶煉發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為T(mén)iCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;\;\;\;\;Ar\;\;\;\;\;}}{800℃}$Ti+2MgCl₂．該反應(yīng)在氬氣（Ar）中進(jìn)行的理由是 防止Mg、Ti被氧化．
（4）②中為使原料全部轉(zhuǎn)化為甲醇，理論上CO和H₂投料的質(zhì)量比為7：1．
（5）綠色化學(xué)提倡物料循環(huán)，以上流程中可用于循環(huán)的物質(zhì)除Cl₂、Mg外，還有MgCl₂．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)在化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零，進(jìn)行分析解答．
（2）由質(zhì)量守恒定律：反應(yīng)前后，原子種類(lèi)、數(shù)目均不變，據(jù)此由反應(yīng)的化學(xué)方程式推斷生成物X的化學(xué)式．
（3）③中反應(yīng)，即鎂與TiCl₄在800℃，在氬氣的環(huán)境中反應(yīng)生成氯化鎂和鈦，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式即可．
（4）②中反應(yīng)，即一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式，計(jì)算出理論上CO和H₂投料的質(zhì)量比即可．
（5）根據(jù)既是反應(yīng)物，也是生成物的物質(zhì)，可以循環(huán)使用進(jìn)行分析解答．

解答 解：（1）鈦酸亞鐵中鐵元素顯+2價(jià)，氧元素顯-2價(jià)，設(shè)鈦元素的化合價(jià)是x，根據(jù)在化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零，可得：（+2）+x+（-2）×3=0，則x=+4價(jià)．
（2）由質(zhì)量守恒定律：反應(yīng)前后，原子種類(lèi)、數(shù)目均不變，由反應(yīng)的化學(xué)方程式2FeTiO₃+6C+7Cl₂═2X+2TiCl₄+6CO，反應(yīng)前鐵、鈦、氧、碳、氯原子個(gè)數(shù)分別為2、2、6、6、14，反應(yīng)后的生成物中鐵、鈦、氧、碳、氯原子個(gè)數(shù)分別為0、2、6、6、8，根據(jù)反應(yīng)前后原子種類(lèi)、數(shù)目不變，則，2X分子中含有2個(gè)鐵原子和6個(gè)鐵原子，則每個(gè)X分子由1個(gè)鐵原子和3個(gè)氯原子構(gòu)成，則物質(zhì)X的化學(xué)式為FeCl₃．
（3）③中反應(yīng)，即鎂與TiCl₄在800℃，在氬氣的環(huán)境中反應(yīng)生成氯化鎂和鈦，反應(yīng)的化學(xué)方程式TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;\;\;\;\;Ar\;\;\;\;\;}}{800℃}$Ti+2MgCl₂．
氬氣的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，該反應(yīng)在氬氣（Ar）中進(jìn)行的理由是防止Mg、Ti被氧化．
（4）②中反應(yīng)，即一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO+2H₂═CH₃OH．為使原料全部轉(zhuǎn)化為甲醇，理論上CO和H₂投料的質(zhì)量比為28：（2×2）=7：1．
（5）既是反應(yīng)物，也是生成物的物質(zhì)，可以循環(huán)使用，以上流程中可用于循環(huán)的物質(zhì)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(diǎn)評(píng) 本題難度不大，理解冶煉金屬鈦和生產(chǎn)甲醇的工藝流程，掌握化合價(jià)的原則、質(zhì)量守恒定律、化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)方法等是正確解答本題的關(guān)鍵．