Question

20．纳米二氧化钛作为一种新型的光催化剂，其用途相当广泛．金属钛具有优良的性能，是航天工业的重要材料．水解法制备纳米二氧化钛和电解钛的过程如下：
TiCl₄$→_{△}^{水解}$TiO₂•nH₂O$→_{脱水干燥}^{洗涤}$TiO₂$\stackrel{特殊处理}{→}$复合TiO₂$\stackrel{电解}{→}$Ti
Ⅰ．TiCl₄的水解：
（1）写出TiCl₄水解的化学方程式：TiCl₄+（n+2）H₂O=TiO₂•nH₂O+4HCl．
（2）检验TiO₂•nH₂O是否洗净的方法是取适量最后一次洗涤液，滴加硝酸酸化的硝酸银溶液，不产生白色沉淀，说明已经洗净．
Ⅱ．电解法制备金属钛：
用TiO₂与石墨制成复合电极来电解CaCl₂和CaO的熔融物，从而制取钛，阴极产生的Ca立即还原TiO₂，TiO₂也能直接得电子生成Ti，其电解示意图如图所示：
（3）阴极区发生的反应有Ca²⁺+2e^-=Ca（填电极反应式，下同）、2Ca+TiO₂=Ti+2CaO、TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-．若把装置中的CaO去掉能否得到Ti？不能（填“能”或“不能”）．
（4）乙硼烷（B₂H₆）碱性燃料电池（KOH为电解质，O₂为氧化剂）是一种高能燃料电池，可用于上述电解的电源，其负极反应生成BO₂^-和H₂O，则负极的电极反应式为B₂H₆+14OH^--12e^-=2BO₂^-+10H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）由流程图可知，TiCl₄发生水解得到TiO₂•nH₂O，还生成HCl；
（2）TiO₂•nH₂O表面会附着氯离子，用硝酸酸化的硝酸银溶液检验最后一次洗涤液是否含有氯离子；
Ⅱ（3）复合电极为阴极，阴极上钙离子获得电子生成Ca，Ca立即还原TiO₂得到Ti与CaO，TiO₂能直接得电子生成Ti，同时得到O^2-；
存在氧离子交换膜，没有CaO，不能提供氧离子，不能形成闭合回路；
（4）负极发生氧化反应，B₂H₆在负极失去电子生成BO₂^-和H₂O，电解质溶液为碱性，有氢氧根离子参加反应．

解答 解：Ⅰ．（1）由流程图可知，TiCl₄发生水解得到TiO₂•nH₂O，还生成HCl，其反应方程式为：TiCl₄+（n+2）H₂O=TiO₂•nH₂O+4HCl；
故答案为：TiCl₄+（n+2）H₂O=TiO₂•nH₂O+4HCl；
（2）检验洗涤是否洗涤干净，实质是检验TiO₂•nH₂O表面是否附着氯离子，具体方案为：取适量最后一次洗涤液，滴加硝酸酸化的硝酸银溶液，不产生白色沉淀，说明已经洗净，
故答案为：取适量最后一次洗涤液，滴加硝酸酸化的硝酸银溶液，不产生白色沉淀，说明已经洗净；
Ⅱ．（3）复合电极为阴极，阴极上钙离子获得电子生成Ca，Ca立即还原TiO₂得到Ti与CaO，TiO₂能直接得电子生成Ti，同时得到O^2-，阴极区还发生的电极反应式为：Ca²⁺+2e^-=Ca，TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
装置中存在氧离子交换膜，如果没有CaO，不能提供氧离子，不能形成闭合回路，故不能去掉CaO，
故答案为：Ca²⁺+2e^-=Ca；TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；不能；
（4）负极发生氧化反应，B₂H₆在负极失去电子生成BO₂^-和H₂O，电解质溶液为碱性，有氢氧根离子参加反应，负极的电极反应式为：B₂H₆+14OH^--12e^-=2BO₂^-+10H₂O，
故答案为：B₂H₆+14OH^--12e^-=2BO₂^-+10H₂O．

点评 本题考查物质制备方案，涉及离子检验、原电池与电解原理、对原理的分析评价等，是对学生综合能力的考查，难度中等．