Question

5．[探究一]為測(cè)定鈦鐵礦（含F(xiàn)eTiO₃，鈦酸亞鐵）中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了如圖兩套實(shí)驗(yàn)裝置：（注：可提取氧指的是可被H₂、C轉(zhuǎn)化為H₂O、CO₂的氧原子）

（1）已知FeTiO₃被H₂還原后，生成Fe、TiO₂和水，學(xué)生甲設(shè)想用圖-1裝置（A為電加熱裝置）從鈦鐵礦中提取氧．請(qǐng)寫(xiě)出FeTiO₃在加熱時(shí)被H₂還原的化學(xué)方程式：FeTiO₃+H₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+TiO₂+H₂O
（2）已知FeTiO₃被C還原后生成Fe、TiO₂和CO₂，學(xué)生乙設(shè)想用圖-2裝置（A為電加熱裝置）從鈦鐵礦中提取氧，并且認(rèn)為該方案的意義在于：反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂可通過(guò)綠色植物的光合作用轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生氧氣：
6CO₂+6H₂O $\stackrel{光合作用}{→}$C₆H₁₂O₆（葡萄糖）+6O₂．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，稱(chēng)得反應(yīng)前裝置A中鈦鐵礦的質(zhì)量為ag，炭粉的質(zhì)量為bg，反應(yīng)后裝置B中產(chǎn)生CaCO₃的質(zhì)量為cg，則鈦鐵礦中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為$\frac{32c}{100a}$．
（3）經(jīng)專(zhuān)家評(píng)審后，認(rèn)定兩個(gè)方案都很有意義，但實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面還存在不足之處，例如圖-2裝置在加熱時(shí)，生成的CO₂不可能全部被澄清石灰水吸收，同時(shí)鈦鐵礦和炭粉在加熱時(shí)還會(huì)產(chǎn)生CO，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差．
①請(qǐng)對(duì)學(xué)生乙的設(shè)想提出改進(jìn)措施：改用圖-1裝置加熱鈦鐵礦和炭粉，并在U型管B之前增加盛有CuO粉末的燃燒管，在B之后增加在B之后增加盛堿石灰的干燥管．
②改進(jìn)后，實(shí)驗(yàn)自始至終需持續(xù)向裝置A中通入N₂的目的是反應(yīng)前將裝置中的空氣趕出，反應(yīng)開(kāi)始后可將CO₂及時(shí)趕出使之被堿石灰吸收．
[探究二]納米TiO₂作為一種光催化劑越來(lái)越受到人們的關(guān)注，現(xiàn)正廣泛開(kāi)發(fā)運(yùn)用．
（4）某科研小組在不同的載體（鈦片、鋁片、陶瓷）表面制備二氧化鈦薄膜，來(lái)考察不同載體TiO₂薄膜光催化使甲基橙脫色，每次光照20min取一次樣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖-3所示，下列說(shuō)法正確的是bd．（雙選）
（a）不同載體，無(wú)論何種溫度一定是鈦片最好
（b）約在520℃時(shí)，鈦片載體的光催化活性最好
（c）無(wú)論何種載體，催化活性總是隨溫度的升高而升高
（d）不同負(fù)載TiO₂薄膜的光催化活性不同．

Answer 1

分析 （1）已知FeTiO₃被H₂還原后，生成Fe、TiO₂和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeTiO₃+H₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+TiO₂+H₂O；
（2）根據(jù)關(guān)系式：CaCO₃～CO₂～O₂，計(jì)算鈦鐵礦中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（3）①對(duì)學(xué)生乙的設(shè)想提出改進(jìn)措施：改用圖1裝置，為了CO充分反應(yīng)生成CO₂，在U型管B之前增加盛有CuO粉末的燃燒管；為了防止空氣中的CO₂進(jìn)入U(xiǎn)型管B，在B之后增加盛堿石灰的干燥管；②實(shí)驗(yàn)自始至終需持續(xù)向裝置A中通入N₂，反應(yīng)前可以將裝置中的空氣趕出，反應(yīng)開(kāi)始后可將CO₂及時(shí)趕出使之被堿石灰吸收；
（4）根據(jù)圖中脫色率與溫度關(guān)系解題．

解答 解：（1）已知FeTiO₃被H₂還原后，生成Fe、TiO₂和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeTiO₃+H₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+TiO₂+H₂O；故答案為：FeTiO₃+H₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+TiO₂+H₂O；
（2）根據(jù)關(guān)系式：CaCO₃～CO₂～O₂，鈦鐵礦中可提取氧的物質(zhì)的量為$\frac{c}{100}$mol，則鈦鐵礦中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為$\frac{32c}{100a}$，故答案為：$\frac{32c}{100a}$；
（3）①對(duì)學(xué)生乙的設(shè)想提出改進(jìn)措施：改用圖1裝置，為了CO充分反應(yīng)生成CO₂，在U型管B之前增加盛有CuO粉末的燃燒管；為了防止空氣中的CO₂進(jìn)入U(xiǎn)型管B，在B之后增加盛堿石灰的干燥管；
故答案為：CuO粉末；在B之后增加盛堿石灰的干燥管；
②改進(jìn)后，實(shí)驗(yàn)自始至終需持續(xù)向裝置A中通入N₂，反應(yīng)前可以將裝置中的空氣趕出，反應(yīng)開(kāi)始后可將CO₂及時(shí)趕出使之被堿石灰吸收；
故答案為：反應(yīng)前將裝置中的空氣趕出，反應(yīng)開(kāi)始后可將CO₂及時(shí)趕出使之被堿石灰吸收；
（4）a．由圖知，500度以下鈦片最差，故a錯(cuò)誤；
b．由圖知，在520℃時(shí)，脫色率最高，鈦片載體的光催化活性最好，故b正確；
c．520℃后鈦片催化活性隨溫度的升高而較低，故c錯(cuò)誤；
d．由圖知，相同溫度時(shí)，不同的載體（鈦片、鋁片、陶瓷），TiO₂薄膜的光催化活性不同，故d正確．
故選bd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查鈦鐵礦中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，難度中等，明確實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵．