Question

20．納米二氧化鈦作為一種新型的光催化劑，其用途相當(dāng)廣泛．金屬鈦具有優(yōu)良的性能，是航天工業(yè)的重要材料．水解法制備納米二氧化鈦和電解鈦的過程如下：
TiCl₄$→_{△}^{水解}$TiO₂•nH₂O$→_{脫水干燥}^{洗滌}$TiO₂$\stackrel{特殊處理}{→}$復(fù)合TiO₂$\stackrel{電解}{→}$Ti
Ⅰ．TiCl₄的水解：
（1）寫出TiCl₄水解的化學(xué)方程式：TiCl₄+（n+2）H₂O=TiO₂•nH₂O+4HCl．
（2）檢驗TiO₂•nH₂O是否洗凈的方法是取適量最后一次洗滌液，滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，不產(chǎn)生白色沉淀，說明已經(jīng)洗凈．
Ⅱ．電解法制備金屬鈦：
用TiO₂與石墨制成復(fù)合電極來電解CaCl₂和CaO的熔融物，從而制取鈦，陰極產(chǎn)生的Ca立即還原TiO₂，TiO₂也能直接得電子生成Ti，其電解示意圖如圖所示：
（3）陰極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)有Ca²⁺+2e^-=Ca（填電極反應(yīng)式，下同）、2Ca+TiO₂=Ti+2CaO、TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-．若把裝置中的CaO去掉能否得到Ti？不能（填“能”或“不能”）．
（4）乙硼烷（B₂H₆）堿性燃料電池（KOH為電解質(zhì)，O₂為氧化劑）是一種高能燃料電池，可用于上述電解的電源，其負(fù)極反應(yīng)生成BO₂^-和H₂O，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為B₂H₆+14OH^--12e^-=2BO₂^-+10H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）由流程圖可知，TiCl₄發(fā)生水解得到TiO₂•nH₂O，還生成HCl；
（2）TiO₂•nH₂O表面會附著氯離子，用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗最后一次洗滌液是否含有氯離子；
Ⅱ（3）復(fù)合電極為陰極，陰極上鈣離子獲得電子生成Ca，Ca立即還原TiO₂得到Ti與CaO，TiO₂能直接得電子生成Ti，同時得到O^2-；
存在氧離子交換膜，沒有CaO，不能提供氧離子，不能形成閉合回路；
（4）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，B₂H₆在負(fù)極失去電子生成BO₂^-和H₂O，電解質(zhì)溶液為堿性，有氫氧根離子參加反應(yīng)．

解答 解：Ⅰ．（1）由流程圖可知，TiCl₄發(fā)生水解得到TiO₂•nH₂O，還生成HCl，其反應(yīng)方程式為：TiCl₄+（n+2）H₂O=TiO₂•nH₂O+4HCl；
故答案為：TiCl₄+（n+2）H₂O=TiO₂•nH₂O+4HCl；
（2）檢驗洗滌是否洗滌干凈，實質(zhì)是檢驗TiO₂•nH₂O表面是否附著氯離子，具體方案為：取適量最后一次洗滌液，滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，不產(chǎn)生白色沉淀，說明已經(jīng)洗凈，
故答案為：取適量最后一次洗滌液，滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，不產(chǎn)生白色沉淀，說明已經(jīng)洗凈；
Ⅱ．（3）復(fù)合電極為陰極，陰極上鈣離子獲得電子生成Ca，Ca立即還原TiO₂得到Ti與CaO，TiO₂能直接得電子生成Ti，同時得到O^2-，陰極區(qū)還發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Ca²⁺+2e^-=Ca，TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
裝置中存在氧離子交換膜，如果沒有CaO，不能提供氧離子，不能形成閉合回路，故不能去掉CaO，
故答案為：Ca²⁺+2e^-=Ca；TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；不能；
（4）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，B₂H₆在負(fù)極失去電子生成BO₂^-和H₂O，電解質(zhì)溶液為堿性，有氫氧根離子參加反應(yīng)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：B₂H₆+14OH^--12e^-=2BO₂^-+10H₂O，
故答案為：B₂H₆+14OH^--12e^-=2BO₂^-+10H₂O．

點評 本題考查物質(zhì)制備方案，涉及離子檢驗、原電池與電解原理、對原理的分析評價等，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．