Question

15．TiO₂和TiCl₄都是钛的重要化合物，某化学兴趣小组在实验室对两者的制备及性质进行探究．
Ⅰ．制备TiCl₄
实验室利用反应TiO₂ （s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），在无水无氧条件下制备TiCl₄，装置图和有关信息如下：

物质	熔点/℃	沸点/℃	其他
CCl4	-23	76	与TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮湿空气产生白雾

请回答下列问题：
（1）仪器A的名称是球形干燥管．
（2）实验开始前的操作包括：①组装仪器，②检验装置气密性，③加装药品，④通N₂一段时间，⑤最后点燃酒精灯．实验结束后欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是蒸馏（或分馏）．
（3）装置E能否不能（填“能”或“不能”）换成装置A，理由是装置A不能吸收空气中的氧气，不能保证反应在无氧环境下进行．
Ⅱ．制备TiO₂及测定TiO₂的质量分数：
在TiCl₄中加水、加热，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O，经过滤、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO₂．
（4）写出生成TiO₂•xH₂O的化学方程式TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl．
（5）一定条件下，将TiO₂溶解并还原为Ti³⁺，用FeCl₃标准溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．滴定分析时，称取上述TiO₂试样0.2g，消耗0.1mol•L^-1 FeCl₃标准溶液20mL．
①配制FeCl₃标准溶液时，要加入一定量的盐酸，其目的是：抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解．
②该滴定操作所用到的指示剂是KSCN溶液．
③则TiO₂质量分数为80%．

Answer 1

分析 通过氮气将装置中空气排出，防止TiCl₄被氧化，A为干燥管，干燥氮气，防止生成的TiCl₄遇潮湿的气体产生白雾；B装置加热使四氯化碳挥发，C中装置在加热条件下，发生反应TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔点较低，D装置使这两种物质转化为液态，二者能互溶，应该采用蒸馏方法分离，E装置连接空气，盛放浓硫酸，干燥空气，
（1）根据仪器的特征及常见仪器的名称解答；
（2）对于气体的制取性质实验应该：组装仪器、检验气密性、加装药品，发生反应，终止实验时为防止倒吸，应先熄灭酒精灯，冷却到室温后再停止通入N₂；D中的液态混合物为TiCl₄与未反应的CCl₄，二者互溶，分离互溶的液体采取蒸馏方法；
（3）由于TiCl₄遇潮湿空气产生白雾，发生水解反应，且反应在无氧条件下进行，故E装置作用是防止空气中水蒸气、氧气进入；A装置不能吸收空气中的氧气；
（4）根据反应物和生成物结合质量守恒定律来书写化学方程式；
（5）①铁离子易水解，配制溶液时先加一些硫酸，使溶液呈酸性，抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解；
②用KSCN作指示剂，终点时NH₄Fe（SO₄）₂不再反应，生成血红色的Fe（SCN）₃；
③根据转移电子数相等计算二氧化钛的质量，再根据质量分数公式进行计算．

解答 解：通过氮气将装置中空气排出，防止TiCl₄被氧化，A为干燥管，干燥氮气，防止生成的TiCl₄遇潮湿的气体产生白雾；B装置加热使四氯化碳挥发，C中装置在加热条件下，发生反应TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔点较低，D装置使这两种物质转化为液态，二者能互溶，应该采用蒸馏方法分离，E装置连接空气，盛放浓硫酸，干燥空气．
（1）仪器A呈球形，在该实验中用于干燥氮气，为球形干燥管，
故答案为：球形干燥管；
（2）对于气体的制取性质实验应该：组装仪器、检验装置气密性、加装药品，发生反应，终止实验时为防止倒吸，应先熄灭酒精灯，冷却到室温后再停止通入N₂，D中的液态混合物为TiCl₄与未反应的CCl₄，二者互溶，但CCl₄和TiCl₄是两种沸点差异较大的液体混合物，应该用蒸馏进行分离，
故答案为：检验装置气密性；蒸馏 （或分馏）；
（3）由于TiCl₄遇潮湿空气产生白雾，发生水解反应，且反应在无氧条件下进行，故E装置作用是防止空气中水蒸气、氧气进入；A装置可以吸收水，但不能不能吸收空气中的氧气，不能保证反应在无氧环境下进，故E装置不能换成A装置；
故答案为：不能；装置A不能吸收空气中的氧气，不能保证反应在无氧环境下进行；
（4）TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，设TiCl₄的系数为1，根据元素守恒，TiO₂•xH₂O的系数为1，HCl的系数为4；再根据O元素守恒，可知H₂O的系数为（x+2），所以化学方程式为：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl，
故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
（5）①铁离子易水解，配制溶液时先加一些硫酸，使溶液呈酸性，抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解，
故答案为：抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解；
②因为KSCN作指示剂时，终点时NH₄Fe（SO₄）₂不再反应，生成血红色的Fe（SCN）₃，所以用KSCN作指示剂，
故答案为：KSCN溶液； 
③根据氧化还原反应中得失电子相等得二者的关系式，TiO₂～NH₄Fe（SO₄）₂，二氧化钛的质量=$\frac{0.1mol/L×0.02L×1}{1}$g/mol=0.16g，TiO₂试样0.2g，其质量分数=$\frac{0.16g}{0.2g}$=80%，
故答案为：80%．

点评 本题考查实验制备方案以及测定TiO₂的质量分数实验方案，明确原理是解题关键，侧重考查学生装置的分析评价，注意对题目信息的提取与应用，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．