Question

5．2016年3•15晚会曝光：“北口义齿”用废钢料制造假牙，经过反复回收再利用的这种“碎钢”，有害元素浓度越来越高，危害人体!而纯钛、钴铬、诺必灵等都是正规的义齿金属原料．钛合金烤瓷牙是目前国内使用最为普遍的一种烤瓷牙．
（1）TiCl₄是生产金属钛和钛白的原料，工业上主要用TiO₂氯化的方法来制取．
①有人拟用以下氯化反应来制取TiCl₄：TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ/mol，你认为这一氯化反应是否可自发进行？理论根据是什么？反应不能自发进行，因为此反应中△H＞0，△S＜0，△G=△H-T•△S＞0，故此反应不能自发进行．
②工业上通常往TiO₂和Cl₂反应体系中加入碳单质，在一定条件下制取TiCl₄，从化学平衡的角度解释此方法能顺利制取TiCl₄的原因加入的碳单质与氧气反应，减小了产物O₂的浓度，使TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）平衡向正反应方向移动，使反应能够顺利进行．
（2）某化学实验小组以TiO₂和足量 CCl₄为原料制取TiCl₄，装置图如图1：

表是有关物质的性质：

物质	熔点/℃	沸点/℃	其他
CCl4	-23	76.8	与TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮湿空气产生白雾

请回答下列问题：
①实验开始时先点燃A处的酒精灯，待C中烧瓶里有液滴出现时再点燃B处的酒精灯，其主要目的是先排尽系统（装置）中的空气．
②本实验中仪器a采用题给的加热方式的突出优点是受热均匀，能为反应提供稳定的CCl₄蒸汽流．
③B中TiO₂发生反应的化学方程式是TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑．
④欲分离C装置中的TiCl₄，应采用的实验操作为蒸馏（填操作名称）．
⑤若将反应过程中生成的气体X（足量）缓缓通入Ba（ OH）₂和NaOH的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和 通入气体X的体积（V）的关系如图2所示，则混合稀溶液中Ba（ OH）₂和NaOH的物质的量之比为1：1； 从a点到b点依次发生的第一个反应的离子方程式是CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①用△G=△H-T•△S来判断反应能否发生；
②向TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）反应体系中加C，能反应掉生成物O₂，从化学平衡移动的角度分析；
（2）为防止产品TiCl₄被氧化，实验开始时先点燃A处的酒精灯，使四氯化碳挥发，排尽系统（装置）中的空气，待C中烧瓶里有液滴出现时再点燃B处的酒精灯，B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，C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，D装置连接空气，由于TiCl₄遇潮湿空气产生白雾，发生水解反应，故D装置作用是防止空气中水蒸进入．
①为防止产品TiCl₄被氧化，先排尽系统（装置）中的空气；
②水浴加热优点是受热均匀，能为反应提供稳定的CCl₄蒸汽流；
③TiO₂和 CCl₄为在加热条件下生成TiCl₄和CO₂；
④CCl₄、TiCl₄二者能互溶，应该采用蒸馏方法分离；
⑤向NaOH和Ba（OH）₂的混合稀溶液中通入CO₂，开始产生沉淀，故a点之前发生反应：CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，a～b之间先后发生的反应为：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，总反应为：NaOH+CO₂═NaHCO₃，b～c之间发生反应：BaCO₃+H₂O+CO₂═Ba（HCO₃）₂，由方程式可知生成碳酸钡沉淀与碳酸钡溶解消耗二氧化碳的体积相等，根据氢氧化钡、氢氧化钠消耗二氧化碳体积计算溶液中Ba（OH）₂和NaOH的浓度之比．

解答 解：（1）①TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（1）+O₂（g）△H=+151kJ/mol该反应中，反应物有2mol气体，生成物只有1mol气体，△S＜0，又△H＞0，则△G=△H-T•△S＞0，故反应不能自发进行，
故答案为：反应不能自发进行，因为此反应中△H＞0，△S＜0，△G=△H-T•△S＞0，故此反应不能自发进行；
②在反应TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）中，加入C能和O₂反应C（s）+O₂（g）=CO₂（g），降低了O₂的浓度，平衡正向移动，反应就可以进行了，
故答案为：加入的碳单质与氧气反应，减小了产物O₂的浓度，使 TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）平衡向正反应方向移动，使反应能够顺利进行；
（2）为防止产品TiCl₄被氧化，实验开始时先点燃A处的酒精灯，使四氯化碳挥发，排尽系统（装置）中的空气，待C中烧瓶里有液滴出现时再点燃B处的酒精灯，B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，C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，D装置连接空气，由于TiCl₄遇潮湿空气产生白雾，发生水解反应，故D装置作用是防止空气中水蒸进入．
①为防止产品TiCl₄被氧化，先排尽系统（装置）中的空气，
故答案为：先排尽系统（装置）中的空气；
②水浴加热优点是受热均匀，能为反应提供稳定的CCl₄蒸汽流，
故答案为：受热均匀，能为反应提供稳定的CCl₄蒸汽流；
③TiO₂和 CCl₄为在加热条件下生成TiCl₄和CO₂，
故答案为：TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑；
④CCl₄、TiCl₄二者能互溶，应该采用蒸馏方法分离，
故答案为：蒸馏；
⑤向NaOH和Ba（OH）₂的混合稀溶液中通入CO₂，开始产生沉淀，故a点之前发生反应：CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，a～b之间先后发生的反应为：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，总反应为：NaOH+CO₂═NaHCO₃，b～c之间发生反应：BaCO₃+H₂O+CO₂═Ba（HCO₃）₂，
从图中可知：氢氧化钡、氢氧化钠消耗二氧化碳体积分别为5L、5L，结合方程式CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，NaOH+CO₂═NaHCO₃可知溶液中Ba（OH）₂和NaOH的浓度之比为1：1，
a点到b点依次发生的第一个反应的离子方程式是：CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；
故答案为：1：1；CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O．

点评 本题考查实验制备方案，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．