Question

11．纳米材料二氧化钛（TiO₂）具有很高的化学活性，可做性能优良的催化剂．工业上以金红石（主要成分是TiO₂，主要杂质是SiO₂）制取纳米级二氧化钛的流程如下：

资料卡片
物质	熔点	沸点
SiCl4	-70℃	57.6℃
TiCl4	-25℃	136.5℃

（1）写出氯化时生成TiCl₄的化学方程式TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（2）操作Ⅰ、操作Ⅱ名称分别是蒸馏、过滤．
（3）写出TiCl₄水解的化学方程式TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl．
（4）如在实验室中完成灼烧TiO₂•xH₂O放在b（填字母序号）中加热．

（5）据报道：“生态马路”是在铺设时加入一定量的TiO₂，TiO₂受太阳光照射后，产生的电子被空气或水中的氧获得，生成H₂O₂．H₂O₂能清除路面空气中的C_xH_y、CO等，其主要是利用了H₂O₂的氧化性（填“氧化性”或“还原性”）．
（6）某研究小组用下列装置模拟“生态马路”的部分原理并测定CO的转化效率（夹持装置已略去）．

①B装置中的药品名称为浓硫酸，若通入2.24L（已折算成标准状况）CO气体和足量空气，最终测得装置C和D增重1.1g，则CO的转化率为25%．②实验①中，当CO气体全部通入后，还要再通一会儿空气，其目的是保证反应过程中生成的CO₂全部被碱石灰吸收，减小实验误差．

Answer 1

分析 本题是探究工业上以金红石（主要成分是TiO₂，主要杂质是SiO₂）制取纳米级二氧化钛的流程，涉及反应原理是先制备TiCl₄，再利用TiCl₄的水解制得TiO₂，考查了实验的基本操作和混合物的分离提纯，并探究了CO转化率的计算；
（1）利用TiO₂和碳粉、氯气在加热条件下生成TiCl₄、CO，根据质量守恒即可写出此反应的化学方程式；
（2）根据资料卡片中的TiCl₄与SiCl₄熔点、沸点判断TiCl₄与SiCl₄在常温下的状态，分离沸点相差较大的互溶液体常采取蒸馏方法，从水溶液里分离出不溶性的固体，选择过滤操作分离；
（3）由信息可知TiCl₄与水在加热条件下，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O与HCl；
（4）Ⅳ为高温分解固体物质，通常在坩埚中进行；
（5）C_xH_y、CO等具有还原性，H₂O₂具有强氧化性；
（6）①B装置的作用应该是干燥气体，防止水汽被碱石灰吸收，碱石灰增重11g为吸收的CO₂质量，根据碳元素守恒可知，转化率的CO的物质的量等于CO₂的物质的量为$\frac{1.1g}{44g/mol}$=0.25mol，依据转化率概念计算得到；
②装置中有残留的二氧化碳气体，通一会空气的目的是赶净装置中 的二氧化碳被碱石灰吸收，减少测定误差．

解答 解：（1）在高温下，用氯气氧化TiO₂的化学方程式为TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，故答案为：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（2）TiCl₄与SiCl₄在常温下的液态混合物，相互混溶，可根据沸点差异选择蒸馏进行分离，操作Ⅱ可以通过过滤从水溶液里分离出不溶性的固体，故答案为：蒸馏；过滤；
（3）由信息可知TiCl₄与水在加热条件下，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O与HCl，反应方程式为：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl，故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
（4）Ⅳ为烧杯与蒸发皿通常进行液态加热，高温分解固体物质常在坩埚中进行，所以b正确，故答案为：b；
（5）C_xH_y、CO等具有还原性，H₂O₂具有强氧化性，H₂O₂能氧化C_xH_y、CO等，清除路面空气中的C_xH_y、CO等，故答案为：氧化性；
（6）①B装置中可盛装浓硫酸干燥气体，22.4L（已折算成标准状况）CO气体的物质的量为：n（CO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
碱石灰增重11g为吸收的CO₂质量，根据碳元素守恒可知，转化率的CO的物质的量等于CO₂的物质的量为：n（CO）=n（CO₂）=$\frac{1.1g}{44g/mol}$=0.025mol，所以CO的转化率为$\frac{0.025mol}{0.1mol}$×100%=25%，故答案为：浓硫酸；25%；
②装置中有残留的CO₂气体，通一会空气，将残留在装置中的CO₂气体排出，以便被碱石灰吸收，从而减小误差，故答案为：保证反应过程中生成的CO₂全部被碱石灰吸收，减小实验误差．

点评 本题考查学生阅读题目获取信息能力、物质分离提纯等基本操作、对实验原理装置的理解等，难度中等，要求学生要有扎实的实验基础知识和灵活应用信息、基础知识解决问题的能力．