Question

12．纳米材料二氧化钛（TiO₂）具有很高的化学活性，可做性能优良的催化剂．
（1）工业上二氧化钛的制备方法是：
Ⅰ．将干燥后的金红石（主要成分是TiO₂，主要杂质是SiO₂）与碳粉混合放入氧化炉中，在高温下通入Cl₂反应，制得混有SiCl₄杂质的TiCl₄．
Ⅱ．将SiCl₄分离，得到纯净的TiCl₄．
Ⅲ．向TiCl₄中加水，加热，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O．
Ⅳ．将TiO₂•xH₂O高温分解得到TiO₂．

资料卡片
物质	熔点	沸点
SiCl4	-70℃	57.6℃
TiCl4	-25℃	136.5℃

①据资料卡片中信息判断，TiCl₄与SiCl₄在常温下的状态是液态；分离二者所采取的操作名称是蒸馏．
②Ⅲ中反应的化学方程式是TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl．
③如在实验室中完成步骤IV，应将TiO₂•xH₂O放在坩埚（填字母序号图 1）中加热．

（2）据报道：“生态马路”是在铺设时加入一定量的TiO₂，TiO₂受太阳光照射后，产生的电子被空气或水中的氧获得，生成H₂O₂．H₂O₂能清除路面空气中的C_xH_y、CO等，其主要是利用了H₂O₂的氧化性（填“氧化性”或“还原性”）．
（3）图2是某研究小组用下列装置模拟“生态马路”的部分原理（夹持装置已略去）．
①缓慢通入22.4L（已折算成标准状况）CO气体和足量空气，最终测得NaOH溶液增重11g，则CO的转化率为25%．
②实验①中，当CO气体全部通入后，还要再通一会儿空气，其目的是将生成的CO₂气体全部排出被NaOH溶液完全吸收，使实验结果更加精确．

Answer 1

分析 （1）工业上二氧化钛的制备方法是：
Ⅰ．将干燥后的金红石（主要成分是TiO₂，主要杂质是SiO₂）与碳粉混合放入氧化炉中，在高温下通入Cl₂反应，发生反应生成氯化钛、CO，因为金红石中含有二氧化硅，所以制得混有SiCl₄杂质的TiCl₄；
Ⅱ．四氯化钛和四氯化硅熔沸点差别较小，可以采用蒸馏方法将SiCl₄分离，得到纯净的TiCl₄；
Ⅲ．向TiCl₄中加水，加热，四氯化钛水解得到沉淀TiO₂•xH₂O，同时生成HCl；
Ⅳ．将TiO₂•xH₂O高温分解得到TiO₂和水；
①熔沸点差别较小的物质采用蒸馏方法分离；
②由信息可知TiCl₄与水在加热条件下，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O与HCl；
③Ⅳ为高温分解固体物质，通常在坩埚中进行；
（2）①C_xH_y、CO等具有还原性，H₂O₂具有强氧化性；
②双氧水具有强氧化性，能够将一氧化碳氧化成二氧化碳，据此写出反应的化学方程式；
（3）①NaOH溶液增重11g为吸收的CO₂质量，根据碳元素守恒可知，转化率的CO的物质的量等于CO₂的物质的量为：$\frac{11g}{44g/mol}$=0.25mol，依据转化率概念计算得到；
②装置中有残留的二氧化碳气体，通一会空气的目的是赶净装置中的二氧化碳被氢氧化钠吸收，减少测定误差．

解答 解：工业上二氧化钛的制备方法是：
Ⅰ．将干燥后的金红石（主要成分是TiO₂，主要杂质是SiO₂）与碳粉混合放入氧化炉中，在高温下通入Cl₂反应，发生反应生成氯化钛、CO，因为金红石中含有二氧化硅，所以制得混有SiCl₄杂质的TiCl₄；
Ⅱ．四氯化钛和四氯化硅熔沸点差别较小，可以采用蒸馏方法将SiCl₄分离，得到纯净的TiCl₄；
Ⅲ．向TiCl₄中加水，加热，四氯化钛水解得到沉淀TiO₂•xH₂O，同时生成HCl；
Ⅳ．将TiO₂•xH₂O高温分解得到TiO₂和水；
①熔沸点差别较小的物质采用蒸馏方法分离，根据表中数据知，二者在常温下都是液态，且二者熔沸点差别较小，可以采用蒸馏方法分离，故答案为：液态；蒸馏；
②由信息可知TiCl₄与水在加热条件下，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O与HCl，反应方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ TiO₂•xH₂O↓+4HCl，故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
③Ⅳ为高温分解固体物质，通常在坩埚中进行，故选b；
（2）①C_xH_y、CO等具有还原性，H₂O₂具有强氧化性，所以双氧水体现氧化性，故答案为：氧化性；
②双氧水具有强氧化性，能够将一氧化碳氧化成二氧化碳，据此写出反应的化学方程式；
（3）①NaOH溶液增重11g为吸收的CO₂质量，根据碳元素守恒可知，转化率的CO的物质的量等于CO₂的物质的量为：$\frac{11g}{44g/mol}$=0.25mol，根据碳元素守恒可知，转化率的CO的物质的量等于CO₂的物质的量为：n（CO）=n（CO₂）=0.25mol，气体中n（CO）=$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，CO的转化率=$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%，
故答案为：25%；
②装置中有残留的CO₂气体，通一会空气，将残留在装置中的CO₂气体排出，以便被NaOH溶液吸收，从而减小误差，
故答案为：将生成的CO₂气体全部排出被NaOH溶液完全吸收，使实验结果更加精确．

点评 本题考查物质制备实验方案设计，为高频考点，涉及方程式的计算、盐类水解、氧化还原反应等知识点，侧重考查基本理论及基本计算，明确实验基本操作及物质性质是解本题关键，题目难度不大．