Question

1．2014年德美科學(xué)家因開發(fā)超分辨熒光顯微鏡或諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他們開創(chuàng)性的成就使化學(xué)顯微鏡分辨率進(jìn)入了納米時(shí)代．
Ⅰ、在濃CaCl₂溶液中通入NH₃和CO₂可以制得納米級(jí)碳酸鈣．如圖所示1中A～E為實(shí)驗(yàn)室常見的儀器裝置（部分固定夾持裝置略去），請(qǐng)根據(jù)要求回答問題．
（1）實(shí)驗(yàn)室若用NH₄Cl和熟石灰作試劑來制取、收集干燥得的NH₃．請(qǐng)選擇裝置并按氣流方向連接各儀器接口befg（h）（填裝置接口順序）．若要制取、收集干燥的CO₂，則需選用上述儀器裝置中的ACE（填裝置序號(hào)）
（2）向濃CaCl₂溶液中通入NH₃和CO₂氣體制納米級(jí)碳酸鈣時(shí)，應(yīng)先通入的氣體時(shí)NH₃．試寫出制納米級(jí)碳酸鈣的離子方程式CaCl₂+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄Cl．
Ⅱ、納米TiO₂在涂料、光催化、化妝品等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用．
（3）制備TiO₂的常見方法：將TiO₄水解產(chǎn)物加熱脫水生成TiO₂．
已知常溫下Ti（OH）₄的K_ap=7.94×10^-54，測定TiCl₄水解后溶液常溫下的pH=2，則此時(shí)溶液中：c（Ti⁴⁺）=7.94×10^-6mol•L^-1．
（4）用氧化還原滴定法測定TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：一定條件下，將TiO₂溶解并還原為Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示劑，用NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．配置NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，使用的儀器除天平、藥匙、玻璃棒、燒杯、量筒外，還需要如圖2中的ac（填字母代號(hào)）．
（5）滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是溶液變?yōu)榧t色，且半分鐘內(nèi)不變色．
（6）滴定分析時(shí)，稱取TiO₂（摩爾質(zhì)量為Mg/mol）試樣wg，消耗c mol/L NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液V mol．則試樣中TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)表達(dá)式為$\frac{cVM}{10w}$%
Ⅲ、（7）納米材料具有很多特殊的優(yōu)良性能．其顆粒大小一般在1～100mm之間，試設(shè)計(jì)簡單的實(shí)驗(yàn)方案，判斷Ⅰ、Ⅱ?qū)嶒?yàn)中所得樣品顆粒是否為納米級(jí)取少量樣品和水混合形成分散系，用一束光從側(cè)面照射，若出現(xiàn)光亮的通路，則證明樣品是納米級(jí)，否則不是．

Answer 1

分析 （1）按照制取、除雜、收集的順序連接實(shí)驗(yàn)裝置；
（2）根據(jù)二氧化碳和氨氣的溶解性判斷先通入的氣體，由反應(yīng)物和生成物寫出方程式；
（3）根據(jù)Ti（OH）₄的溶解平衡利用溶度積常數(shù)來解答；
（4）配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液，還需要容量瓶和膠頭滴管；
（5）因?yàn)槭怯肒SCN作指示劑，終點(diǎn)時(shí)NH₄Fe（SO₄）₂不再反應(yīng)，生成血紅色的Fe（SCN）₃；
（6）根據(jù)n=cV計(jì)算n（Fe³⁺），根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算n（Ti³⁺），再根據(jù)Ti原子守恒計(jì)算n（TiO₂），根據(jù)m=nM計(jì)算m（TiO₂），進(jìn)而計(jì)算TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（7）根據(jù)氨氣和二氧化碳在水中的溶解度判斷，膠體具有丁達(dá)爾效應(yīng)；

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)室制取氨氣采用固體、固體加熱型裝置，所以應(yīng)選B為反應(yīng)裝置，生成物中含有水，氨氣屬于堿性氣體，所以應(yīng)選擇堿性物質(zhì)吸收水蒸氣，故選D；氨氣極易溶于水，且氨氣的密度小于空氣的密度，所以應(yīng)采用向下排空氣法收集，故選E，各裝置接口順序?yàn)椋篵efg（h）；
若要制取、收集、干燥的CO₂，應(yīng)選擇ACE裝置；
故答案為：befg（h）；ACE；
（2）氨氣極易溶于水，二氧化碳不易溶于水，所以應(yīng)先通入氨氣；氨氣溶于水生成氨水，溶液呈堿性，二氧化碳是酸性氣體，能和堿反應(yīng)生成碳酸銨，碳酸銨和氯化鈣發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成碳酸鈣和氯化銨，反應(yīng)的方程式為：CaCl₂+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄Cl；
故答案為：NH₃；CaCl₂+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄Cl；
（3）測得TiCl₄水解后溶液的pH=2，所以溶液中的C（OH^-）=10^-12mol•L^-1，c（Ti⁴⁺）=$\frac{Ksp}{{C}^{4}（O{H}^{-}）}$=$\frac{7.94×1{0}^{-54}}{（1{0}^{-12}）^{4}}$mol•L^-1=7.94×10^-6 mol•L^-1；
故答案為：7.94×10^-6mol•L^-1；
（4）配置NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，使用的儀器除天平、藥匙、玻璃棒、燒杯、量筒外，還需要如圖2中的容量瓶和膠頭滴管；
故答案為：ac；
（5）Fe³⁺與Ti³⁺反應(yīng)，被還原為Fe²⁺，加入KSCN不顯紅色，當(dāng)達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，再加入NH₄Fe（SO₄）₂，溶液中Fe³⁺過量，會(huì)變成紅色，滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是溶液變?yōu)榧t色，且半分鐘內(nèi)不變色；
故答案為：溶液變?yōu)榧t色，且半分鐘內(nèi)不變色；
（6）n（Fe³⁺）=c mol/L×V×10^-3L=cV×10^-3mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知n（Ti³⁺）=n（Fe³⁺）=cV×10^-3mol，再根據(jù)Ti原子守恒n（TiO₂）=cV×10^-3mol，故m（TiO₂）=cV×10^-3mol×Mg/mol=cVM×10^-3g，故TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{cVM×1{0}^{-3}g}{wg}$×100%=$\frac{cVM}{10w}$%；
故答案為：$\frac{cVM}{10w}$%；
（7）膠體具有丁達(dá)爾效應(yīng)，可取少量樣品和水混合形成分散系，用一束光從側(cè)面照射，若出現(xiàn)光亮的通路，則證明樣品是納米級(jí)，否則不是，
故答案為：取少量樣品和水混合形成分散系，用一束光從側(cè)面照射，若出現(xiàn)光亮的通路，則證明樣品是納米級(jí)，否則不是；

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查物質(zhì)的制備、溶液的配制、含量測定等基本實(shí)驗(yàn)操作，題目難度不大，本題注意把握物質(zhì)的性質(zhì)為解題的關(guān)鍵，學(xué)習(xí)中注意積累，（2）的反應(yīng)原理類似于侯氏制堿法．