新高考化学一轮复习考点巩固练习17 金属及其化合物制备流程（Ti）（解析版）

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钛：元素符号Ti，原子序数22，原子量47.90，外围电子排布3d24s2，位于第四周期ⅣB族，主要化合价+2、+3、+4。
一、物理性质：
银白色有光泽金属，有良好的延展性，密度4.54克/厘米3，熔点1660±10℃，沸点 3287℃。
二、化学性质：
表面易形成致密氧化物保护层，使化学性质变得不活动。加热时，在空气中燃烧生成TiO2。室温时不与水、稀盐酸、稀硫酸和硝酸反应。但能被氢氟酸，熔融碱侵蚀。也能跟热浓盐酸和王水反应。有良好的抗腐蚀性能。
三、用途：
钛和钛的合金广泛用于制造飞机、火箭、卫星、宇宙飞船、舰艇、汽轮机、化工设备、电讯器材、人造骨骼等。1791年英国人格列高尔发现钛。在地壳中丰度0.42％，主要矿物有金红石TiO，钛铁矿FeTiO3等。用镁、钠还原四氯化钛制得。
*最后附钛的化合物
四、工业制备：
1．海绵钛冶炼工艺
用镁还原四氯化钛（TiCl4）制取金属钛的过程，是金属钛生产的主要方法之一。还原作业在高温、惰性气体保护气氛中进行，还原产物主要采用真空蒸馏法分离出剩余的金属镁和MgCl2，获得海绵状金属钛。其工艺特征是在镁热还原TiCl4结束后，便将热态还原产物在高温下直接转入真空蒸馏分离金属镁和MgCl2，这是镁热还原法工业化以来的重大技术进步。工艺流程如下：
2．钠（Na）还原法
又称亨特（ Hunter ）法 ，是最早研究用来制取金属钛的方法，其流程图如下所示：
钠还原法的四氯化钛（TiCl4）生产过程与镁热还原法完全相同。在惰性气氛保护下，用Na还原TiCl4生产海绵钛，它的主要反应为：
TiCl4 ＋ 2Na ＝ TiCl2 ＋ 2NaCl （1）
TiCl2 ＋ 2Na ＝ Ti ＋ 2NaCl （2）
TiCl4 ＋ 4Na ＝ Ti ＋ 4NaCl （3）
将制得的还原产物，用水洗除盐操作，最后进行产品后处理即得产品海绵钛。
按照还原过程进行的方式，钠法工艺可分为一段法和两段法。反应过程如果按照式（3）一次完成还原反应制取海绵钛的工艺称为一段法。反应过程如果第一步按式（1）制取TiCl2，然后第二步按式（2）继续将TiCl2还原为海绵钛的工艺称为二段式。目前，两种方法在工业生产中均得到应用。
【专题精练】
1．(2016届甘肃省武威高三一轮复习)某化工厂将钛、氯碱工业和甲醇制备联合生产，大大提高原料利用率，并减少环境污染。流程如下：
回答下列问题：
（1）写出以石墨为电极电解饱和食盐水的化学方程式___________________。
（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得四氯化钛的化学方程式__________________，生成1ml四氯化钛时转移电子的物质的量为________ml。
（3）利用四氯化钛制备TiO2.xH2O时，需加入大量的水并加热的目的是____________。
（4）钛广泛用于航天领域。氩气在冶炼钛的流程中的作用是______________________。
（5）利用CO和H2制备甲醇。
①已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-285.8kJ/ml、-283.0kJ/ml和-726.5kJ/ml。写出CO和H2制备甲醇的热化学方程式___________________________。
②假设联合生产中各原料利用率为100%，若得到6ml甲醇，则只需再补充标准状况下的H2________L。
EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 2．(2019年秋高三化学复习)钛广泛应用于航天、军事、化工、医疗等领域。钛在高温下易和氧、氮、碳等元素化合，提炼纯钛条件苛刻。从高钛渣主要为提炼海绵钛流程如下：
氯化后的粗中含有、、、等杂质，相关物质的沸点如下表：
回答下列问题：
(1)高钛渣经过破碎、磁选、磨粉后送氯化车间，磨粉的目的是________。
(2) “分馏”得到的低沸点物是________。分馏难以除去，原因是________。加入铝粉使转化为便于除去，写出铝粉与反应的化学方程式：________。
(3) “除铝”的方法是用水湿润的活性炭加入到粗，使转化为________而除去。
(4) “还原”需要在Ar的气氛中进行，原因是________。副产物经电解生成________可循环使用。
(5)制备钛的一种新型方法是：将粉末浇注成形，烧结后作阴极，以石墨为阳极，为熔盐进行电解熔盐不参与电极反应，起溶解和传导的作用。
阳极生成的气体除外，还有________填化学式。
阴极的电极反应式为________。
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请回答下列问题：
(1)硫酸与反应生成的化学方程式是______．
(2)滤液1中加入适量铁粉，至刚好出现紫色为止，此时溶液仍呈强酸性．
已知：氧化性：则加入铁粉的作用是______．
(3)滤液2中加入适量的试剂A，可选用______填编号．
稀通入鼓入空气
(4)已知，101kPa时，由二氧化钛制取四氯化钛所涉及的反应有：
，
，
反应______．
(5)用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融作电解质，利用如图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛．写出阴极区反应的电极总反应式是______．
(6)假如中的铁元素占矿物中铁元素总量的；某次生产中，向滤液1中加入纯铁粉为b kg，得到绿矾晶体的质量为cKg，整个过程中铁元素的总利用率为，Ti元素的转化率为，其他损失忽略不计．按上述流程，得到______用数字和字母表示已知：
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(1)钛铁矿的主要成分是FeTiO3，第一步发生的反应：FeTiO3+CTiO2+Fe+CO↑，在FeTiO3(钛酸亚铁)中，钛的化合价为________。
(2)第二步：二氧化钛在高温下与焦炭、氯气反应生成四氯化钛和一氧化碳，写出化学方程式：___________，还原产物是____________。
(3)用镁在高温下还原四氯化钛，该反应的环境要求是__________；写出化学方程式：___________。
(4)菱镁矿(主要成分是碳酸镁)煅烧后与焦炭混合在氯化器中高温下通入氯气生成氯化镁，电解熔融氯化镁得到镁。
①写出菱镁矿煅烧及氯化制取氯化镁的化学方程式：______________；
②写出电解熔融氯化镁的电解方程式：____________________。
【二氧化钛】俗称钛白或钛白粉。化学式TiO2。式量79.90。白色无定形粉末，加热时变黄色，受高温变棕色，冷时再呈白色。不溶于水。化学性质相当稳定，不溶于盐酸、硝酸和稀硫酸。溶于热浓硫酸、氢氟酸。是弱的两性氧化物，与硫酸氢钾熔融生成硫酸钛；与氢氧化钠熔融生成钛酸钠。用作重要的白色颜料和瓷器釉药，还用于制金属钛、钛铁合金、硬质合金。橡胶、造纸用作填料。电机工业用于制绝缘体、电瓷等。工业上用硫酸分解钛铁矿，除铁后再经水解制得。
【钛白】见二氧化钛条。
【四氯化钛】化学式TiCl4，式量189.91。无色或淡黄色液体，易挥发，密度1.726克/厘米3，熔点-25℃，沸点136.4℃。容易水解，在潮湿空气中发烟
TiCl4+3H2O=H2TiO3+4HCl↑
是制备金属钛的中间产物，在797℃时用熔融镁跟四氯化钛蒸气反应可得海绵状钛。还可用作天然纤维和合成纤维的防水剂。将二氧化钛和碳粉混合加热至800℃左右，用氯处理，可制得：
TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO2↑
化合物
沸点
136
310
180
138