Question

12．納米材料二氧化鈦（TiO₂）具有很高的化學(xué)活性，可做性能優(yōu)良的催化劑．
（1）工業(yè)上二氧化鈦的制備方法是：
Ⅰ．將干燥后的金紅石（主要成分是TiO₂，主要雜質(zhì)是SiO₂）與碳粉混合放入氧化爐中，在高溫下通入Cl₂反應(yīng)，制得混有SiCl₄雜質(zhì)的TiCl₄．
Ⅱ．將SiCl₄分離，得到純凈的TiCl₄．
Ⅲ．向TiCl₄中加水，加熱，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O．
Ⅳ．將TiO₂•xH₂O高溫分解得到TiO₂．

資料卡片
物質(zhì)	熔點(diǎn)	沸點(diǎn)
SiCl4	-70℃	57.6℃
TiCl4	-25℃	136.5℃

①據(jù)資料卡片中信息判斷，TiCl₄與SiCl₄在常溫下的狀態(tài)是液態(tài)；分離二者所采取的操作名稱是蒸餾．
②Ⅲ中反應(yīng)的化學(xué)方程式是TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl．
③如在實(shí)驗(yàn)室中完成步驟IV，應(yīng)將TiO₂•xH₂O放在坩堝（填字母序號(hào)圖 1）中加熱．

（2）據(jù)報(bào)道：“生態(tài)馬路”是在鋪設(shè)時(shí)加入一定量的TiO₂，TiO₂受太陽(yáng)光照射后，產(chǎn)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”）．
（3）圖2是某研究小組用下列裝置模擬“生態(tài)馬路”的部分原理（夾持裝置已略去）．
①緩慢通入22.4L（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）CO氣體和足量空氣，最終測(cè)得NaOH溶液增重11g，則CO的轉(zhuǎn)化率為25%．
②實(shí)驗(yàn)①中，當(dāng)CO氣體全部通入后，還要再通一會(huì)兒空氣，其目的是將生成的CO₂氣體全部排出被NaOH溶液完全吸收，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確．

Answer 1

分析 （1）工業(yè)上二氧化鈦的制備方法是：
Ⅰ．將干燥后的金紅石（主要成分是TiO₂，主要雜質(zhì)是SiO₂）與碳粉混合放入氧化爐中，在高溫下通入Cl₂反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)生成氯化鈦、CO，因?yàn)榻鸺t石中含有二氧化硅，所以制得混有SiCl₄雜質(zhì)的TiCl₄；
Ⅱ．四氯化鈦和四氯化硅熔沸點(diǎn)差別較小，可以采用蒸餾方法將SiCl₄分離，得到純凈的TiCl₄；
Ⅲ．向TiCl₄中加水，加熱，四氯化鈦水解得到沉淀TiO₂•xH₂O，同時(shí)生成HCl；
Ⅳ．將TiO₂•xH₂O高溫分解得到TiO₂和水；
①熔沸點(diǎn)差別較小的物質(zhì)采用蒸餾方法分離；
②由信息可知TiCl₄與水在加熱條件下，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O與HCl；
③Ⅳ為高溫分解固體物質(zhì)，通常在坩堝中進(jìn)行；
（2）①C_xH_y、CO等具有還原性，H₂O₂具有強(qiáng)氧化性；
②雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能夠?qū)⒁谎趸�碳氧化成二氧化碳，�?jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）①NaOH溶液增重11g為吸收的CO₂質(zhì)量，根據(jù)碳元素守恒可知，轉(zhuǎn)化率的CO的物質(zhì)的量等于CO₂的物質(zhì)的量為：$\frac{11g}{44g/mol}$=0.25mol，依據(jù)轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算得到；
②裝置中有殘留的二氧化碳?xì)怏w，通一會(huì)空氣的目的是趕凈裝置中的二氧化碳被氫氧化鈉吸收，減少測(cè)定誤差．

解答 解：工業(yè)上二氧化鈦的制備方法是：
Ⅰ．將干燥后的金紅石（主要成分是TiO₂，主要雜質(zhì)是SiO₂）與碳粉混合放入氧化爐中，在高溫下通入Cl₂反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)生成氯化鈦、CO，因?yàn)榻鸺t石中含有二氧化硅，所以制得混有SiCl₄雜質(zhì)的TiCl₄；
Ⅱ．四氯化鈦和四氯化硅熔沸點(diǎn)差別較小，可以采用蒸餾方法將SiCl₄分離，得到純凈的TiCl₄；
Ⅲ．向TiCl₄中加水，加熱，四氯化鈦水解得到沉淀TiO₂•xH₂O，同時(shí)生成HCl；
Ⅳ．將TiO₂•xH₂O高溫分解得到TiO₂和水；
①熔沸點(diǎn)差別較小的物質(zhì)采用蒸餾方法分離，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，二者在常溫下都是液態(tài)，且二者熔沸點(diǎn)差別較小，可以采用蒸餾方法分離，故答案為：液態(tài)；蒸餾；
②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(yīng)方程式為TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ TiO₂•xH₂O↓+4HCl，故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
③Ⅳ為高溫分解固體物質(zhì)，通常在坩堝中進(jìn)行，故選b；
（2）①C_xH_y、CO等具有還原性，H₂O₂具有強(qiáng)氧化性，所以雙氧水體現(xiàn)氧化性，故答案為：氧化性；
②雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能夠?qū)⒁谎趸�碳氧化成二氧化碳，�?jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）①NaOH溶液增重11g為吸收的CO₂質(zhì)量，根據(jù)碳元素守恒可知，轉(zhuǎn)化率的CO的物質(zhì)的量等于CO₂的物質(zhì)的量為：$\frac{11g}{44g/mol}$=0.25mol，根據(jù)碳元素守恒可知，轉(zhuǎn)化率的CO的物質(zhì)的量等于CO₂的物質(zhì)的量為：n（CO）=n（CO₂）=0.25mol，氣體中n（CO）=$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%，
故答案為：25%；
②裝置中有殘留的CO₂氣體，通一會(huì)空氣，將殘留在裝置中的CO₂氣體排出，以便被NaOH溶液吸收，從而減小誤差，
故答案為：將生成的CO₂氣體全部排出被NaOH溶液完全吸收，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，涉及方程式的計(jì)算、鹽類水解、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查基本理論及基本計(jì)算，明確實(shí)驗(yàn)基本操作及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，題目難度不大．