Question

13．纳米材料TiO₂在涂料、光催化、化妆品等领域有着极其广泛的应用．制备纳米TiO₂的方法之一是TiCl₄在加热条件下水解生成TiO₂•xH₂O，经过过滤、水洗除去其中的Cl^-，再经烘干、焙烧除去水分，最后得到粉体TiO₂．
可用氧化还原滴定法测定粉体中TiO₂的质量分数；在一定条件下，将粉体溶解并将溶液中的Ti²⁺氧化为Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示剂，用NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液滴定Ti³⁺，至全部转化成Ti⁴⁺．【注：NH₄Fe（SO₄）₂是一种复盐，含有两种阳离子】．
请回答下列问题：
（1）TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O的化学方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O=TiO₂•xH₂O↓+4HCl
（2）检验TiO₂•xH₂O中Cl^-是否被洗净的方法是取少量最后一次水洗液，滴加AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净
（3）配制NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液时，加入一定量稀H₂SO₄的原因是抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解，使用的仪器除天平、药匙、玻璃棒、烧杯、量筒外，还需用到图中的ac（填序号）．
（4）滴定终点的现象是当最后一滴标准液滴下，溶液变为红色，且半分钟不褪色
（5）滴定分析时，称取TiO₂（摩尔质量为M g•mol^-1）粉体试样w g，消耗V mL c mol•L^-1 NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液．则TiO₂质量分数表达式为$\frac{cVM}{1000W}$或$\frac{cVM}{10W}$%．
（6）判断下列操作对TiO₂质量分数测定结果的影响（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）
①若在配置标准溶液过程中，烧杯中的NH₄Fe（SO₄）₂溶液有少量溅出，使测定结果偏高．
②若在滴定终点读取滴定管刻度时，俯视标准液液面，时测定结果偏低．

Answer 1

分析 （1）根据反应物和生成物结合质量守恒定律来书写化学方程式；
（2）溶液中生成TiO₂•xH₂O沉淀，固体具有较强的吸附能力，会吸附溶液中的Cl^-离子，可通过检验Cl^-离子的方法检验沉淀是否被洗净；
（3）铁离子易水解，配制溶液时先加一些硫酸，使溶液呈酸性，抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解，配制一定物质的量浓度的溶液所需要的仪器可根据具体的操作步骤选择；
（4）因为是用KSCN作指示剂，终点时NH₄Fe（SO₄）₂不再反应，生成血红色的Fe（SCN）₃；
（5）根据得失电子守恒：1Ti³⁺～1Fe³⁺，故n（Fe³⁺）=n（Ti³⁺）=n（TiO₂）=cV×10^-3mol，以此进行计算；
（6）①NH₄Fe（SO₄）₂溶液溅出，其物质的量浓度减小，消耗的体积增大，百分含量偏大；
②若终点俯视滴定管，读取的体积比实际消耗的体积偏小，质量分数偏小．

解答 解：（1）设TiCl₄的系数为1，根据元素守恒，TiO₂•xH₂O的系数为1，HCl的系数为4；再根据O元素守恒，可知H₂O的系数为（2+x），化学反应为TiCl₄+（x+2）H₂O=TiO₂•xH₂O↓+4HCl，
故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O=TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
（2）溶液中生成TiO₂•xH₂O沉淀，固体具有较强的吸附能力，会吸附溶液中的Cl^-离子，可通过检验Cl^-离子的方法检验沉淀是否被洗净，检验沉淀是否洗净的方法是，取少量洗涤液，检验溶液中溶解的离子是否还存在，
故答案为：取少量最后一次水洗液，滴加AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净；
（3）铁离子易水解，配制溶液时先加一些硫酸，使溶液呈酸性，抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解，配制一定物质的量浓度的溶液，配制溶液使用的仪器除天平、药匙、玻璃棒、烧杯、量筒、容量瓶和胶头滴管等，
故答案为：抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解；ac；
（4）因为是用KSCN作指示剂，终点时NH₄Fe（SO₄）₂不再反应，生成血红色的Fe（SCN）₃，
故答案为：当最后一滴标准液滴下，溶液变为红色，且半分钟不褪色；
（5）根据得失电子守恒，有：1Ti³⁺～1Fe³⁺，故n（Fe³⁺）=n（Ti³⁺）=n（TiO₂）=cV×10^-3mol，其质量分数为$\frac{cVM}{1000W}$或$\frac{cVM}{10W}$%，
故答案为：$\frac{cVM}{1000W}$或$\frac{cVM}{10W}$%；
（6）①NH₄Fe（SO₄）₂溶液溅出，其物质的量浓度减小，消耗的体积增大，百分含量偏高，故答案为：偏高；
②若终点俯视滴定管，读取的体积比实际消耗的体积偏小，质量分数偏低，故答案为：偏低．

点评 本题是围绕化学实验设计的综合性试题，主要考点有：化学方程式配平、沉淀的洗涤，和溶液的配制、滴定操作及质量分数的计算等，难度中等，答题时注意误差分析的方法．