Question

20．四氯化钛是无色液体，沸点为136℃．它极易水解，遇空气中水蒸气即产生“白烟”（TiCl₄+H₂O=TiOCl₂+2HCl↑）．在650℃～850℃下，将氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和一种有毒气体．下图是某科研小组制备TiCl₄的反应装置：其主要操作步骤如下：
①连接好整套装置，在通Cl₂前先通入CO₂气体并持续一段时间；
②当锥形瓶中TiCl₄的量不再增加时，停止加热，从侧管中改通CO₂气体直到电炉中的瓷管冷却为止；
③将TiO₂、炭粉混合均匀后，装入管式电炉中；
④将电炉升温到800℃，一段时间后改通Cl₂，同时在冷凝管中通冷凝水
试回答下列问题：
（1）正确的操作顺序为（填序号）③①④②．
（2）C装置中的反应的化学方程式为TiO₂+2Cl₂+2C $\frac{\underline{\;650℃～850℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（3）B中的试剂为浓硫酸； 其作用是干燥氯气．
（4）D装置的作用是冷凝回流四氯化钛．
（5）干燥管中无水CaCl₂的作用是防止E中的水蒸气进入D中，使TiCl₄水解．
（6）从环境保护的角度，提出一个优化方案：在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置．

Answer 1

分析 （1）实验时，先装入药品，然后通入二氧化碳，将容器中的水蒸气、氧气等排除，加热反应，反应完毕后，继续通入二氧化碳，将装置内的氯气、CO等排出；
（2）由于TiO₂、C、Cl₂混合物在高温条件下制得TiCl₄和一种有毒气体，根据化学反应中元素种类不变的规律可知：该有毒气体含有碳、氧两种元素，由碳、氧两种元素组成的有毒气体只有一氧化碳；因此TiO₂、C、Cl₂混合物在高温条件下反应生成TiCl₄和一氧化碳；
装置A中用于制备氯气，反应加热，应为二氧化锰和浓盐酸的反应；
（3）根据制备的氯气中含有杂质水蒸气；
（4）四氯化钛沸点低，易挥发，所以要用冷凝管冷凝回收；
（5）四氯化钛极易水解，氢氧化钠溶液中有水蒸汽，据此答题；
（6）根据C装置中发生的反应是在650℃～850℃下，将氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和CO可知，装置尾气中有CO，会污染空气．

解答 解：（1）实验时，先装入药品，然后通入二氧化碳，将容器中的水蒸气、氧气等排除，加热反应，反应完毕后，继续通入二氧化碳，将装置内的氯气、CO等排出，操作顺序为③①④②，
故答案为：③①④②；
（2）由于TiO₂、C、Cl₂混合物在高温条件下制得TiCl₄和一种有毒气体，根据化学反应中元素种类不变的规律可知：该有毒气体含有碳、氧两种元素，由碳、氧两种元素组成的有毒气体只有一氧化碳；因此TiO₂、C、Cl₂混合物在高温条件下反应生成TiCl₄和一氧化碳，该反应的化学方程式为：TiO₂+2Cl₂+2C $\frac{\underline{\;650℃～850℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案为：TiO₂+2Cl₂+2C $\frac{\underline{\;650℃～850℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（3）因制备的氯气中含有杂质水蒸气，可用浓硫酸来除去，
故答案为：浓硫酸；干燥氯气；
（4）四氯化钛是无色液体，沸点为136℃较低，受热易挥发，所以冷凝管冷凝回流四氯化钛，
故答案为：冷凝回流四氯化钛；
（5）四氯化钛极易水解，氢氧化钠溶液中有水蒸汽，所以干燥管中无水CaCl₂的作用是防止E中的水蒸气进入D中，使TiCl₄水解，
故答案为：防止E中的水蒸气进入D中，使TiCl₄水解；
（6）根据C装置中发生的反应是在650℃～850℃下，将氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和CO可知，装置尾气中有CO，会污染空气，所以在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置，
故答案为：在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置．

点评 本题是结合物质制备考查了基本实验操作，是一道综合性较强的实验题，考查考生分析实验装置并评价实验方案的能力．