Question

金属钛（Ti）因为具有许多神奇的性能越来越引起人们的关注，被誉为“未来金属”．常温下钛不和非金属、强酸反应，加热至红热时，能与常见的非金属反应．工业上由钒钛磁铁矿提取金属钛的主要工艺过程如下：
（1）钛铁矿的主要成分是FeTiO₃（钛酸亚铁），其中钛的化合价为    价．
（2）第②步反应中TiO₂、炭粉混合物在高温条件下通入氯气（Cl₂）制得TiCl₄和一种可燃性气体，该气体是    ．
（3）第③步反应是在氩气的环境中，用过量的镁在高温的条件下与TiCl₄反应制得金属钛．此反应的化学方程式为    ，该反应属于    反应．
（4）如何在第③步反应后的产物中获得金属钛？
①主要的操作方法是    ；
②有关反应的化学方程式为    ．

Answer

根据金红石的化学式，利用金红石、炭粉混合在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体可推出气体并书写化学反应方程式；
（1）根据信息在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应，制得金属钛来书写化学反应方程式；
（2）根据常温下Ti不和非金属、强酸反应，而镁与稀盐酸反应，则利用盐酸处理后过滤来获得纯净金属钛．
【解析】
（1）钛铁矿的主要成分是FeTiO3（钛酸亚铁），根据化合物中正负化合价的代数和为0，铁元素为+2价，氧元素为-2价，所以钛的化合价为+4价．
（2）因金红石的化学式为TiO2，由金红石、炭粉混合在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体，根据元素守恒可推测可燃性气体为CO，则该反应为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，故答案为：CO
（3）由过量的镁在加热条件下与TiCl4反应，制得金属钛，则由元素守恒可知另一生成物为氯化镁，故答案为：2Mg+TiCl42MgCl2+Ti；反应物是一种单质和一种化合物，生成物是另一种单质和另一种化合物，属于置换反应．
（2）因常温下Ti不和非金属、强酸反应，所得产物Ti中混有过量Mg，则除去镁可利用稀盐酸，因镁能与盐酸反应，则可将钛中的镁除去而得到．
故答案为：常温下用稀盐酸（或稀硫酸）除去过量的Mg，然后过滤，用蒸馏水洗涤滤出的固体即可得纯净金属钛．化学方程式为：Mg+2HCl=MgCl2+H2↑（或Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑）