Question

5．2016年3•15晚會曝光：“北口義齒”用廢鋼料制造假牙，經過反復回收再利用的這種“碎鋼”，有害元素濃度越來越高，危害人體!而純鈦、鈷鉻、諾必靈等都是正規(guī)的義齒金屬原料．鈦合金烤瓷牙是目前國內使用最為普遍的一種烤瓷牙．
（1）TiCl₄是生產金屬鈦和鈦白的原料，工業(yè)上主要用TiO₂氯化的方法來制�。�
①有人擬用以下氯化反應來制取TiCl₄：TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ/mol，你認為這一氯化反應是否可自發(fā)進行？理論根據(jù)是什么？反應不能自發(fā)進行，因為此反應中△H＞0，△S＜0，△G=△H-T•△S＞0，故此反應不能自發(fā)進行．
②工業(yè)上通常往TiO₂和Cl₂反應體系中加入碳單質，在一定條件下制取TiCl₄，從化學平衡的角度解釋此方法能順利制取TiCl₄的原因加入的碳單質與氧氣反應，減小了產物O₂的濃度，使TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）平衡向正反應方向移動，使反應能夠順利進行．
（2）某化學實驗小組以TiO₂和足量 CCl₄為原料制取TiCl₄，裝置圖如圖1：

表是有關物質的性質：

物質	熔點/℃	沸點/℃	其他
CCl4	-23	76.8	與TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮濕空氣產生白霧

請回答下列問題：
①實驗開始時先點燃A處的酒精燈，待C中燒瓶里有液滴出現(xiàn)時再點燃B處的酒精燈，其主要目的是先排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣．
②本實驗中儀器a采用題給的加熱方式的突出優(yōu)點是受熱均勻，能為反應提供穩(wěn)定的CCl₄蒸汽流．
③B中TiO₂發(fā)生反應的化學方程式是TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑．
④欲分離C裝置中的TiCl₄，應采用的實驗操作為蒸餾（填操作名稱）．
⑤若將反應過程中生成的氣體X（足量）緩緩通入Ba（ OH）₂和NaOH的混合稀溶液中，生成沉淀的物質的量（n）和 通入氣體X的體積（V）的關系如圖2所示，則混合稀溶液中Ba（ OH）₂和NaOH的物質的量之比為1：1； 從a點到b點依次發(fā)生的第一個反應的離子方程式是CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①用△G=△H-T•△S來判斷反應能否發(fā)生；
②向TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）反應體系中加C，能反應掉生成物O₂，從化學平衡移動的角度分析；
（2）為防止產品TiCl₄被氧化，實驗開始時先點燃A處的酒精燈，使四氯化碳揮發(fā)，排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣，待C中燒瓶里有液滴出現(xiàn)時再點燃B處的酒精燈，B中裝置在加熱條件下，發(fā)生反應TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔點較低，C裝置使這兩種物質轉化為液態(tài)，二者能互溶，應該采用蒸餾方法分離，D裝置連接空氣，由于TiCl₄遇潮濕空氣產生白霧，發(fā)生水解反應，故D裝置作用是防止空氣中水蒸進入．
①為防止產品TiCl₄被氧化，先排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣；
②水浴加熱優(yōu)點是受熱均勻，能為反應提供穩(wěn)定的CCl₄蒸汽流；
③TiO₂和 CCl₄為在加熱條件下生成TiCl₄和CO₂；
④CCl₄、TiCl₄二者能互溶，應該采用蒸餾方法分離；
⑤向NaOH和Ba（OH）₂的混合稀溶液中通入CO₂，開始產生沉淀，故a點之前發(fā)生反應：CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，a～b之間先后發(fā)生的反應為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，總反應為：NaOH+CO₂═NaHCO₃，b～c之間發(fā)生反應：BaCO₃+H₂O+CO₂═Ba（HCO₃）₂，由方程式可知生成碳酸鋇沉淀與碳酸鋇溶解消耗二氧化碳的體積相等，根據(jù)氫氧化鋇、氫氧化鈉消耗二氧化碳體積計算溶液中Ba（OH）₂和NaOH的濃度之比．

解答 解：（1）①TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（1）+O₂（g）△H=+151kJ/mol該反應中，反應物有2mol氣體，生成物只有1mol氣體，△S＜0，又△H＞0，則△G=△H-T•△S＞0，故反應不能自發(fā)進行，
故答案為：反應不能自發(fā)進行，因為此反應中△H＞0，△S＜0，△G=△H-T•△S＞0，故此反應不能自發(fā)進行；
②在反應TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）中，加入C能和O₂反應C（s）+O₂（g）=CO₂（g），降低了O₂的濃度，平衡正向移動，反應就可以進行了，
故答案為：加入的碳單質與氧氣反應，減小了產物O₂的濃度，使 TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）平衡向正反應方向移動，使反應能夠順利進行；
（2）為防止產品TiCl₄被氧化，實驗開始時先點燃A處的酒精燈，使四氯化碳揮發(fā)，排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣，待C中燒瓶里有液滴出現(xiàn)時再點燃B處的酒精燈，B中裝置在加熱條件下，發(fā)生反應TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔點較低，C裝置使這兩種物質轉化為液態(tài)，二者能互溶，應該采用蒸餾方法分離，D裝置連接空氣，由于TiCl₄遇潮濕空氣產生白霧，發(fā)生水解反應，故D裝置作用是防止空氣中水蒸進入．
①為防止產品TiCl₄被氧化，先排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣，
故答案為：先排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣；
②水浴加熱優(yōu)點是受熱均勻，能為反應提供穩(wěn)定的CCl₄蒸汽流，
故答案為：受熱均勻，能為反應提供穩(wěn)定的CCl₄蒸汽流；
③TiO₂和 CCl₄為在加熱條件下生成TiCl₄和CO₂，
故答案為：TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑；
④CCl₄、TiCl₄二者能互溶，應該采用蒸餾方法分離，
故答案為：蒸餾；
⑤向NaOH和Ba（OH）₂的混合稀溶液中通入CO₂，開始產生沉淀，故a點之前發(fā)生反應：CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，a～b之間先后發(fā)生的反應為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，總反應為：NaOH+CO₂═NaHCO₃，b～c之間發(fā)生反應：BaCO₃+H₂O+CO₂═Ba（HCO₃）₂，
從圖中可知：氫氧化鋇、氫氧化鈉消耗二氧化碳體積分別為5L、5L，結合方程式CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，NaOH+CO₂═NaHCO₃可知溶液中Ba（OH）₂和NaOH的濃度之比為1：1，
a點到b點依次發(fā)生的第一個反應的離子方程式是：CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；
故答案為：1：1；CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O．

點評 本題考查實驗制備方案，明確原理是解題關鍵，側重考查學生裝置的分析評價，注意對題目信息的提取與應用，是對學生綜合能力的考查，題目難度中等．