Question

11．納米材料二氧化鈦（TiO₂）具有很高的化學活性，可做性能優(yōu)良的催化劑．工業(yè)上以金紅石（主要成分是TiO₂，主要雜質是SiO₂）制取納米級二氧化鈦的流程如下：

資料卡片
物質	熔點	沸點
SiCl4	-70℃	57.6℃
TiCl4	-25℃	136.5℃

（1）寫出氯化時生成TiCl₄的化學方程式TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（2）操作Ⅰ、操作Ⅱ名稱分別是蒸餾、過濾．
（3）寫出TiCl₄水解的化學方程式TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl．
（4）如在實驗室中完成灼燒TiO₂•xH₂O放在b（填字母序號）中加熱．

（5）據(jù)報道：“生態(tài)馬路”是在鋪設時加入一定量的TiO₂，TiO₂受太陽光照射后，產生的電子被空氣或水中的氧獲得，生成H₂O₂．H₂O₂能清除路面空氣中的C_xH_y、CO等，其主要是利用了H₂O₂的氧化性（填“氧化性”或“還原性”）．
（6）某研究小組用下列裝置模擬“生態(tài)馬路”的部分原理并測定CO的轉化效率（夾持裝置已略去）．

①B裝置中的藥品名稱為濃硫酸，若通入2.24L（已折算成標準狀況）CO氣體和足量空氣，最終測得裝置C和D增重1.1g，則CO的轉化率為25%．②實驗①中，當CO氣體全部通入后，還要再通一會兒空氣，其目的是保證反應過程中生成的CO₂全部被堿石灰吸收，減小實驗誤差．

Answer 1

分析 本題是探究工業(yè)上以金紅石（主要成分是TiO₂，主要雜質是SiO₂）制取納米級二氧化鈦的流程，涉及反應原理是先制備TiCl₄，再利用TiCl₄的水解制得TiO₂，考查了實驗的基本操作和混合物的分離提純，并探究了CO轉化率的計算；
（1）利用TiO₂和碳粉、氯氣在加熱條件下生成TiCl₄、CO，根據(jù)質量守恒即可寫出此反應的化學方程式；
（2）根據(jù)資料卡片中的TiCl₄與SiCl₄熔點、沸點判斷TiCl₄與SiCl₄在常溫下的狀態(tài)，分離沸點相差較大的互溶液體常采取蒸餾方法，從水溶液里分離出不溶性的固體，選擇過濾操作分離；
（3）由信息可知TiCl₄與水在加熱條件下，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O與HCl；
（4）Ⅳ為高溫分解固體物質，通常在坩堝中進行；
（5）C_xH_y、CO等具有還原性，H₂O₂具有強氧化性；
（6）①B裝置的作用應該是干燥氣體，防止水汽被堿石灰吸收，堿石灰增重11g為吸收的CO₂質量，根據(jù)碳元素守恒可知，轉化率的CO的物質的量等于CO₂的物質的量為$\frac{1.1g}{44g/mol}$=0.25mol，依據(jù)轉化率概念計算得到；
②裝置中有殘留的二氧化碳氣體，通一會空氣的目的是趕凈裝置中 的二氧化碳被堿石灰吸收，減少測定誤差．

解答 解：（1）在高溫下，用氯氣氧化TiO₂的化學方程式為TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，故答案為：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（2）TiCl₄與SiCl₄在常溫下的液態(tài)混合物，相互混溶，可根據(jù)沸點差異選擇蒸餾進行分離，操作Ⅱ可以通過過濾從水溶液里分離出不溶性的固體，故答案為：蒸餾；過濾；
（3）由信息可知TiCl₄與水在加熱條件下，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O與HCl，反應方程式為：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl，故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
（4）Ⅳ為燒杯與蒸發(fā)皿通常進行液態(tài)加熱，高溫分解固體物質常在坩堝中進行，所以b正確，故答案為：b；
（5）C_xH_y、CO等具有還原性，H₂O₂具有強氧化性，H₂O₂能氧化C_xH_y、CO等，清除路面空氣中的C_xH_y、CO等，故答案為：氧化性；
（6）①B裝置中可盛裝濃硫酸干燥氣體，22.4L（已折算成標準狀況）CO氣體的物質的量為：n（CO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
堿石灰增重11g為吸收的CO₂質量，根據(jù)碳元素守恒可知，轉化率的CO的物質的量等于CO₂的物質的量為：n（CO）=n（CO₂）=$\frac{1.1g}{44g/mol}$=0.025mol，所以CO的轉化率為$\frac{0.025mol}{0.1mol}$×100%=25%，故答案為：濃硫酸；25%；
②裝置中有殘留的CO₂氣體，通一會空氣，將殘留在裝置中的CO₂氣體排出，以便被堿石灰吸收，從而減小誤差，故答案為：保證反應過程中生成的CO₂全部被堿石灰吸收，減小實驗誤差．

點評 本題考查學生閱讀題目獲取信息能力、物質分離提純等基本操作、對實驗原理裝置的理解等，難度中等，要求學生要有扎實的實驗基礎知識和靈活應用信息、基礎知識解決問題的能力．