Question

9．钛合金烤瓷牙是目前国内使用最为普遍的一种烤瓷牙，TiCl4是生产金属钛的原料．
（1）工业上主要用TiO₂氯化的方法来制取TiCl₄
①有人拟用以下氯化反应来制取TiCl₄：TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g），写出实验室用二氧化锰与浓盐酸反应制取Cl₂的离子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
②工业上通常往TiO₂和Cl₂反应体系中加入碳单质，在一定条件下制取TiCl₄，从化学平衡的角度解释此方法能顺利制取TiCl₄的原因加入的碳单质与氧气反应，减小了产物O₂的浓度，使 TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）平衡向正反应方向移动，使反应能够顺利进行．
（2）某化学实验小组以TiO₂和足量 CCl₄为原料制取TiCl₄，装置如图1所示：

如表是有关物质的性质：

物质	熔点/℃	沸点/℃	其他
CCl4	-23	76.8	与TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮湿空气产生白雾

①实验开始时先点燃A处的酒精灯，待C中烧瓶里有液滴出现时再点燃B处的酒精灯，其主要目的是先排尽系统（装置）中的空气．
②本实验中仪器a采用题给的加热方式的突出优点是受热均匀，能为反应提供稳定的CCl₄蒸汽流．
③B中CCl₄与TiO₂发生反应的化学方程式是TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑．
④欲分离C装置中的TiCl₄，应采用的实验操作为蒸馏（填操作名称）．
⑤若将反应过程中生成的气体X（足量）缓缓通入Ba（ OH）₂和NaOH的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和 通入气体X的体积（V）的关系如图2所示，若混合溶液中Ba（ OH）₂和2NaOH的物质的量之比为1：1，则b点溶液中溶质主要成分的化学式为NaHCO₃，从b点到c点，沉淀减少过程中发生反应的离子方程式为BaCO₃+H₂O+CO₂=Ba²⁺+2HCO₃^-．

Answer 1

分析 （1）①二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水；
②向TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）反应体系中加C，能反应掉生成物O₂，从化学平衡移动的角度分析；
（2）为防止产品TiCl₄被氧化，实验开始时先点燃A处的酒精灯，使四氯化碳挥发，排尽系统（装置）中的空气，待C中烧瓶里有液滴出现时再点燃B处的酒精灯，B中装置在加热条件下，发生反应TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔点较低，C装置使这两种物质转化为液态，二者能互溶，应该采用蒸馏方法分离，D装置连接空气，由于TiCl₄遇潮湿空气产生白雾，发生水解反应，故D装置作用是防止空气中水蒸进入．
①为防止产品TiCl₄被氧化，先排尽系统（装置）中的空气；
②水浴加热优点是受热均匀，能为反应提供稳定的CCl₄蒸汽流；
③TiO₂和 CCl₄为在加热条件下生成TiCl₄和CO₂；
④CCl₄、TiCl₄二者能互溶，应该采用蒸馏方法分离；
⑤向物质的量之比为1：1的Ba（ OH）₂和NaOH的混合稀溶液中通入CO₂，开始产生沉淀，故a点之前发生反应：CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，a～b之间先后发生的反应为：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，总反应为：NaOH+CO₂═NaHCO₃，b～c之间发生反应：BaCO₃+H₂O+CO₂═Ba（HCO₃）₂，据此分析．

解答 解：（1）①二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水，反应离子方程式为：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
②在反应TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）中，加入C能和O₂反应C（s）+O₂（g）=CO₂（g），降低了O₂的浓度，平衡正向移动，反应就可以进行了，
故答案为：加入的碳单质与氧气反应，减小了产物O₂的浓度，使 TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）平衡向正反应方向移动，使反应能够顺利进行；
（2）为防止产品TiCl₄被氧化，实验开始时先点燃A处的酒精灯，使四氯化碳挥发，排尽系统（装置）中的空气，待C中烧瓶里有液滴出现时再点燃B处的酒精灯，B中装置在加热条件下，发生反应TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔点较低，C装置使这两种物质转化为液态，二者能互溶，应该采用蒸馏方法分离，D装置连接空气，由于TiCl₄遇潮湿空气产生白雾，发生水解反应，故D装置作用是防止空气中水蒸进入．
①为防止产品TiCl₄被氧化，先排尽系统（装置）中的空气，
故答案为：先排尽系统（装置）中的空气；
②水浴加热优点是受热均匀，能为反应提供稳定的CCl₄蒸汽流，
故答案为：受热均匀，能为反应提供稳定的CCl₄蒸汽流；
③TiO₂和 CCl₄为在加热条件下生成TiCl₄和CO₂，方程式为：TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑；
故答案为：TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑；
④CCl₄、TiCl₄二者能互溶，应该采用蒸馏方法分离，
故答案为：蒸馏；
⑤向物质的量之比为1：1的Ba（ OH）₂和NaOH的混合稀溶液中通入CO₂，开始产生沉淀，故a点之前发生反应：CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，从图中可知：氢氧化钡、氢氧化钠消耗二氧化碳体积分别为5L、5L，所以a～b之间先后发生的反应为：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，总反应为：NaOH+CO₂═NaHCO₃，则b点溶液中溶质主要成分的化学式为NaHCO₃，b～c之间发生反应：BaCO₃+H₂O+CO₂═Ba（HCO₃）₂，离子方程式为：BaCO₃+H₂O+CO₂=Ba²⁺+2HCO₃^-；
故答案为：NaHCO₃；BaCO₃+H₂O+CO₂=Ba²⁺+2HCO₃^-．

点评 本题考查实验制备方案，明确原理是解题关键，侧重考查学生装置的分析评价，注意对题目信息的提取与应用，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．