Question

12．TiO₂和TiCl₄都是鈦的重要化合物，某化學興趣小組在實驗室對兩者的制備及性質(zhì)進行探究．
Ⅰ．制備TiCl₄
實驗室利用反應TiO₂ （s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），在無水無氧條件下制備TiCl₄，裝置圖和有關信息如下：

物質(zhì)	熔點/℃	沸點/℃	其他
CCl4	-23	76	與TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧

請回答下列問題：
（1）儀器A的名稱是球形干燥管．
（2）實驗開始前的操作包括：①組裝儀器，②檢驗裝置氣密性，③加裝藥品，④通N₂一段時間，⑤最后點燃酒精燈．實驗結束后欲分離D中的液態(tài)混合物，所采用操作的名稱是蒸餾 （或分餾）．
（3）裝置E能否不能（填“能”或“不能”）換成裝置A，理由是裝置A不能吸收空氣中的氧氣，不能保證反應在無氧環(huán)境下進行
（4）TiCl₄是制取航天航空工業(yè)材料--鈦合金的重要原料．某鈦合金的元素還有Al和Si等，已知在常溫下，鈦是一種耐強酸強堿的金屬，請設計實驗檢驗其中的Si元素取少量合金樣品于試管中，滴加過量NaOH溶液，振蕩，靜置后取上層清液，再逐滴滴入稀鹽酸至過量，若有沉淀產(chǎn)生且最終沉淀不完全溶解，則證明樣品中有Si
Ⅱ．制備TiO₂及測定TiO₂的質(zhì)量分數(shù)：
在TiCl₄中加水、加熱，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O，經(jīng)過濾、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙燒除去水分得到粉體TiO₂．
（5）寫出生成TiO₂•xH₂O的化學方程式TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl．
（6）一定條件下，將TiO₂溶解并還原為Ti³⁺，用NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．滴定分析時，稱取上述TiO₂試樣0.2g，消耗0.1mol•L^-1 NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液20mL．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

①配制NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液時，加入一定量H₂SO₄的目的是：抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解．
②該滴定操作所用到的指示劑是KSCN溶液．
③則TiO₂質(zhì)量分數(shù)為80%．

Answer 1

分析 通過氮氣將裝置中空氣排出，防止TiCl₄被氧化，A為干燥管，干燥氮氣，防止生成的TiCl₄遇潮濕的氣體產(chǎn)生白霧；B裝置加熱使四氯化碳揮發(fā)，C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，D裝置使這兩種物質(zhì)轉化為液態(tài)，二者能互溶，應該采用蒸餾方法分離，E裝置連接空氣，盛放濃硫酸，干燥空氣．
（1）根據(jù)儀器的特征及常見儀器的名稱解答；
（2）反應得到氣體TiCl₄與二氧化碳，裝置氣密性要好，在加裝藥品之前應檢驗裝置的氣密性，互溶的液體需根據(jù)沸點不同進行蒸餾 （或分餾）分離；
（3）由于TiCl₄遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧，發(fā)生水解反應，且反應在無氧條件下進行，故E裝置作用是防止空氣中水蒸氣、氧氣進入；A裝置不能吸收空氣中的氧氣；
（4）根據(jù)鈦是一種耐強酸強堿的金屬，而硅能溶于堿生成硅酸鹽，硅酸鹽和酸生成硅酸沉淀，據(jù)此分析設計檢驗實驗方案；
（5）根據(jù)反應物和生成物結合質(zhì)量守恒定律來書寫化學方程式；
（6）①鐵離子易水解，配制溶液時先加一些硫酸，使溶液呈酸性，抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解；
②用KSCN作指示劑，終點時NH₄Fe（SO₄）₂不再反應，生成血紅色的Fe（SCN）₃；
③根據(jù)轉移電子數(shù)相等計算二氧化鈦的質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分數(shù)公式進行計算．

解答 解：通過氮氣將裝置中空氣排出，防止TiCl₄被氧化，A為干燥管，干燥氮氣，防止生成的TiCl₄遇潮濕的氣體產(chǎn)生白霧；B裝置加熱使四氯化碳揮發(fā)，C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，D裝置使這兩種物質(zhì)轉化為液態(tài)，二者能互溶，應該采用蒸餾方法分離，E裝置連接空氣，盛放濃硫酸，干燥空氣．
（1）儀器A呈球形，在該實驗中用于干燥氮氣，為球形干燥管，
故答案為：球形干燥管；
（2）反應得到氣體TiCl₄與二氧化碳，裝置氣密性要好，在加裝藥品之前應檢驗裝置的氣密性，CCl₄、TiCl₄熔點較低，D裝置使這兩種物質(zhì)轉化為液態(tài)，二者能互溶，應該采用蒸餾 （或分餾）方法分離，
故答案為：檢驗裝置氣密性；蒸餾 （或分餾）；
（3）由于TiCl₄遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧，發(fā)生水解反應，且反應在無氧條件下進行，故E裝置作用是防止空氣中水蒸氣、氧氣進入；A裝置可以吸收水，但不能不能吸收空氣中的氧氣，不能保證反應在無氧環(huán)境下進，故E裝置不能換成A裝置；
故答案為：不能；裝置A不能吸收空氣中的氧氣，不能保證反應在無氧環(huán)境下進行；
（4）鈦是一種耐強酸強堿的金屬，而硅能溶于堿生成硅酸鹽，取少量合金樣品于試管中，滴加過量NaOH溶液，振蕩，Si+2NaOH+H₂O=Na₂SiO₃+2H₂↑，靜置后取上層清液，再逐滴滴入稀鹽酸至過量，Na₂SiO₃+2HCl=H₂SiO₃↓+2NaCl，若有沉淀產(chǎn)生且最終沉淀不完全溶解，則證明樣品中有Si，
故答案為：取少量合金樣品于試管中，滴加過量NaOH溶液，振蕩，靜置后取上層清液，再逐滴滴入稀鹽酸至過量，若有沉淀產(chǎn)生且最終沉淀不完全溶解，則證明樣品中有Si；
（5）TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，設TiCl₄的系數(shù)為1，根據(jù)元素守恒，TiO₂•xH₂O的系數(shù)為1，HCl的系數(shù)為4；再根據(jù)O元素守恒，可知H₂O的系數(shù)為（x+2），所以化學方程式為：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl，
故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
（6）①鐵離子易水解，配制溶液時先加一些硫酸，使溶液呈酸性，抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解，
故答案為：抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解；
②因為KSCN作指示劑時，終點時NH₄Fe（SO₄）₂不再反應，生成血紅色的Fe（SCN）₃，所以用KSCN作指示劑，
故答案為：KSCN溶液； 
③根據(jù)氧化還原反應中得失電子相等得二者的關系式，TiO₂～NH₄Fe（SO₄）₂，二氧化鈦的質(zhì)量=$\frac{0.1mol/L×0.02L×1}{1}$g/mol=0.16g，TiO₂試樣0.2g，其質(zhì)量分數(shù)=$\frac{0.16g}{0.2g}$=80%，
故答案為：80%．

點評 本題考查實驗制備方案以及測定TiO₂的質(zhì)量分數(shù)實驗方案，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．