Question

12．TiO₂和TiCl₄都是钛的重要化合物，某化学兴趣小组在实验室对两者的制备及性质进行探究．
Ⅰ．制备TiCl₄
实验室利用反应TiO₂ （s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），在无水无氧条件下制备TiCl₄，装置图和有关信息如下：

物质	熔点/℃	沸点/℃	其他
CCl4	-23	76	与TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮湿空气产生白雾

请回答下列问题：
（1）仪器A的名称是球形干燥管．
（2）实验开始前的操作包括：①组装仪器，②检验装置气密性，③加装药品，④通N₂一段时间，⑤最后点燃酒精灯．实验结束后欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是蒸馏 （或分馏）．
（3）装置E能否不能（填“能”或“不能”）换成装置A，理由是装置A不能吸收空气中的氧气，不能保证反应在无氧环境下进行
（4）TiCl₄是制取航天航空工业材料--钛合金的重要原料．某钛合金的元素还有Al和Si等，已知在常温下，钛是一种耐强酸强碱的金属，请设计实验检验其中的Si元素取少量合金样品于试管中，滴加过量NaOH溶液，振荡，静置后取上层清液，再逐滴滴入稀盐酸至过量，若有沉淀产生且最终沉淀不完全溶解，则证明样品中有Si
Ⅱ．制备TiO₂及测定TiO₂的质量分数：
在TiCl₄中加水、加热，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O，经过滤、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO₂．
（5）写出生成TiO₂•xH₂O的化学方程式TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl．
（6）一定条件下，将TiO₂溶解并还原为Ti³⁺，用NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．滴定分析时，称取上述TiO₂试样0.2g，消耗0.1mol•L^-1 NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液20mL．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	136.4	1090	1412	3287

①配制NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液时，加入一定量H₂SO₄的目的是：抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解．
②该滴定操作所用到的指示剂是KSCN溶液．
③则TiO₂质量分数为80%．

Answer 1

分析 通过氮气将装置中空气排出，防止TiCl₄被氧化，A为干燥管，干燥氮气，防止生成的TiCl₄遇潮湿的气体产生白雾；B装置加热使四氯化碳挥发，C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，D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，E装置连接空气，盛放浓硫酸，干燥空气．
（1）根据仪器的特征及常见仪器的名称解答；
（2）反应得到气体TiCl₄与二氧化碳，装置气密性要好，在加装药品之前应检验装置的气密性，互溶的液体需根据沸点不同进行蒸馏 （或分馏）分离；
（3）由于TiCl₄遇潮湿空气产生白雾，发生水解反应，且反应在无氧条件下进行，故E装置作用是防止空气中水蒸气、氧气进入；A装置不能吸收空气中的氧气；
（4）根据钛是一种耐强酸强碱的金属，而硅能溶于碱生成硅酸盐，硅酸盐和酸生成硅酸沉淀，据此分析设计检验实验方案；
（5）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；
（6）①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；
②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；
③根据转移电子数相等计算二氧化钛的质量，再根据质量分数公式进行计算．

解答 解：通过氮气将装置中空气排出，防止TiCl₄被氧化，A为干燥管，干燥氮气，防止生成的TiCl₄遇潮湿的气体产生白雾；B装置加热使四氯化碳挥发，C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，D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，E装置连接空气，盛放浓硫酸，干燥空气．
（1）仪器A呈球形，在该实验中用于干燥氮气，为球形干燥管，
故答案为：球形干燥管；
（2）反应得到气体TiCl₄与二氧化碳，装置气密性要好，在加装药品之前应检验装置的气密性，CCl₄、TiCl₄熔点较低，D装置使这两种物质转化为液态，二者能互溶，应该采用蒸馏 （或分馏）方法分离，
故答案为：检验装置气密性；蒸馏 （或分馏）；
（3）由于TiCl₄遇潮湿空气产生白雾，发生水解反应，且反应在无氧条件下进行，故E装置作用是防止空气中水蒸气、氧气进入；A装置可以吸收水，但不能不能吸收空气中的氧气，不能保证反应在无氧环境下进，故E装置不能换成A装置；
故答案为：不能；装置A不能吸收空气中的氧气，不能保证反应在无氧环境下进行；
（4）钛是一种耐强酸强碱的金属，而硅能溶于碱生成硅酸盐，取少量合金样品于试管中，滴加过量NaOH溶液，振荡，Si+2NaOH+H₂O=Na₂SiO₃+2H₂↑，静置后取上层清液，再逐滴滴入稀盐酸至过量，Na₂SiO₃+2HCl=H₂SiO₃↓+2NaCl，若有沉淀产生且最终沉淀不完全溶解，则证明样品中有Si，
故答案为：取少量合金样品于试管中，滴加过量NaOH溶液，振荡，静置后取上层清液，再逐滴滴入稀盐酸至过量，若有沉淀产生且最终沉淀不完全溶解，则证明样品中有Si；
（5）TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，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（x+2），所以化学方程式为：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl，
故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
（6）①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，
故答案为：抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解；
②因为KSCN作指示剂时，终点时NH₄Fe（SO₄）₂不再反应，生成血红色的Fe（SCN）₃，所以用KSCN作指示剂，
故答案为：KSCN溶液； 
③根据氧化还原反应中得失电子相等得二者的关系式，TiO₂～NH₄Fe（SO₄）₂，二氧化钛的质量=$\frac{0.1mol/L×0.02L×1}{1}$g/mol=0.16g，TiO₂试样0.2g，其质量分数=$\frac{0.16g}{0.2g}$=80%，
故答案为：80%．

点评 本题考查实验制备方案以及测定TiO₂的质量分数实验方案，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．