Question

8．TiO₂和TiCl₄都是鈦的重要化合物，某化學興趣小組在實驗室對兩者的制備及性質(zhì)進行探究．
Ⅰ．制備TiCl₄
實驗室利用反應TiO₂ （s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），在無水無氧條件下制備TiCl₄，裝置圖和有關信息如下：

物質(zhì)	熔點/℃	沸點/℃	其他
CCl4	-23	76	與TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧

請回答下列問題：
（1）儀器A的名稱是球形干燥管．
（2）實驗開始前后的操作包括：①檢查裝置氣密性，②組裝儀器，③通N₂一段時間，④加裝藥品，⑤點燃酒精燈⑥停止通N₂⑦停止加熱．正確的操作順序是②①④③⑤⑦⑥
實驗結束后欲分離D中的液態(tài)混合物，所采用操作的名稱是蒸餾（或分餾）．
（3）裝置E能否不能（填“能”或“不能”）換成裝置A，理由是裝置A不能吸收空氣中的氧氣，不能保證反應在無氧環(huán)境下進行
（4）TiCl₄是制取航天航空工業(yè)材料--鈦合金的重要原料．某鈦合金的元素還有Al和Si等，已知在常溫下，鈦是一種耐強酸強堿的金屬，請設計實驗檢驗其中的Si元素．
取少量合金樣品于試管中，滴加過量NaOH溶液，振蕩，靜置后取上層清液，再逐滴滴入稀鹽酸至過量，若有沉淀產(chǎn)生且最終沉淀不完全溶解，則證明樣品中有Si
Ⅱ．制備TiO₂及測定TiO₂的質(zhì)量分數(shù)：
在TiCl₄中加水、加熱，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O，經(jīng)過濾、水洗，再烘干、焙燒除去水分得到粉體TiO₂．
（5）寫出生成TiO₂•xH₂O的化學方程式TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl．
（6）檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液于試管中加入硝酸酸化的AgNO3若沒有產(chǎn)生沉淀，則已洗干凈．
（7）一定條件下，將TiO₂溶解并還原為Ti³⁺，用NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．滴定分析時，稱取上述TiO₂試樣0.2g，消耗0.1mol•L^-1 NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液20mL
①配制NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液時，加入一定量H₂SO₄的目的是：抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解．
②該滴定操作所用到的指示劑是KSCN溶液．
③則TiO₂質(zhì)量分數(shù)為80%．

Answer 1

分析 通過氮氣將裝置中空氣排出，防止TiCl₄被氧化，A為干燥管，干燥氮氣，防止生成的TiCl₄遇潮濕的氣體產(chǎn)生白霧；B裝置加熱使四氯化碳揮發(fā)，C中裝置在加熱條件下，發(fā)生反應TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔點較低，D裝置使這兩種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，二者能互溶，應該采用蒸餾方法分離，E裝置連接空氣，盛放濃硫酸，干燥空氣，
（1）根據(jù)儀器的特征及常見儀器的名稱解答；
（2）對于氣體的制取性質(zhì)實驗應該：組裝儀器、檢驗氣密性、加裝藥品，發(fā)生反應，終止實驗時為防止倒吸，應先熄滅酒精燈，冷卻到室溫后再停止通入N₂；D中的液態(tài)混合物為TiCl₄與未反應的CCl₄，二者互溶，分離互溶的液體采取蒸餾方法；
（3）由于TiCl₄遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧，發(fā)生水解反應，且反應在無氧條件下進行，故E裝置作用是防止空氣中水蒸氣、氧氣進入；A裝置不能吸收空氣中的氧氣；
（4）根據(jù)鈦是一種耐強酸強堿的金屬，而硅能溶于堿生成硅酸鹽，硅酸鹽和酸生成硅酸沉淀，據(jù)此分析設計檢驗實驗方案；
（5）根據(jù)反應物和生成物結合質(zhì)量守恒定律來書寫化學方程式；
（6）TiO₂•xH₂O的表面有氯離子雜質(zhì)，所以檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是檢驗洗滌濾液中是否含有氯離子；
（7）①鐵離子易水解，配制溶液時先加一些硫酸，使溶液呈酸性，抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解；
②用KSCN作指示劑，終點時NH₄Fe（SO₄）₂不再反應，生成血紅色的Fe（SCN）₃；
③根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計算二氧化鈦的質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分數(shù)公式進行計算．

解答 解：通過氮氣將裝置中空氣排出，防止TiCl₄被氧化，A為干燥管，干燥氮氣，防止生成的TiCl₄遇潮濕的氣體產(chǎn)生白霧；B裝置加熱使四氯化碳揮發(fā)，C中裝置在加熱條件下，發(fā)生反應TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔點較低，D裝置使這兩種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，二者能互溶，應該采用蒸餾方法分離，E裝置連接空氣，盛放濃硫酸，干燥空氣．
（1）儀器A呈球形，在該實驗中用于干燥氮氣，為球形干燥管，
故答案為：球形干燥管；
（2）對于氣體的制取性質(zhì)實驗應該：組裝儀器、檢驗氣密性、加裝藥品，發(fā)生反應，終止實驗時為防止倒吸，應先熄滅酒精燈，冷卻到室溫后再停止通入N₂，正確的操作順序是②①④③⑤⑦⑥，D中的液態(tài)混合物為TiCl₄與未反應的CCl₄，二者互溶，但CCl₄和TiCl₄是兩種沸點差異較大的液體混合物，應該用蒸餾進行分離，
故答案為：②①④③⑤⑦⑥；蒸餾 （或分餾）；
（3）由于TiCl₄遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧，發(fā)生水解反應，且反應在無氧條件下進行，故E裝置作用是防止空氣中水蒸氣、氧氣進入；A裝置可以吸收水，但不能不能吸收空氣中的氧氣，不能保證反應在無氧環(huán)境下進，故E裝置不能換成A裝置；
故答案為：不能；裝置A不能吸收空氣中的氧氣，不能保證反應在無氧環(huán)境下進行；
（4）鈦是一種耐強酸強堿的金屬，而硅能溶于堿生成硅酸鹽，取少量合金樣品于試管中，滴加過量NaOH溶液，振蕩，Si+2NaOH+H₂O=Na₂SiO₃+2H₂↑，靜置后取上層清液，再逐滴滴入稀鹽酸至過量，Na₂SiO₃+2HCl=H₂SiO₃↓+2NaCl，若有沉淀產(chǎn)生且最終沉淀不完全溶解，則證明樣品中有Si，
故答案為：取少量合金樣品于試管中，滴加過量NaOH溶液，振蕩，靜置后取上層清液，再逐滴滴入稀鹽酸至過量，若有沉淀產(chǎn)生且最終沉淀不完全溶解，則證明樣品中有Si；
（5）TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，設TiCl₄的系數(shù)為1，根據(jù)元素守恒，TiO₂•xH₂O的系數(shù)為1，HCl的系數(shù)為4；再根據(jù)O元素守恒，可知H₂O的系數(shù)為（x+2），所以化學方程式為：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl，
故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
（6）TiO₂•xH₂O的表面有氯離子雜質(zhì)，所以檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液于試管中加入硝酸酸化的AgNO3若沒有產(chǎn)生沉淀，則已洗干凈，
故答案為：取最后一次洗滌液于試管中加入硝酸酸化的AgNO3若沒有產(chǎn)生沉淀，則已洗干凈；
（7）①鐵離子易水解，配制溶液時先加一些硫酸，使溶液呈酸性，抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解，
故答案為：抑制NH₄Fe（SO₄）₂水解；
②因為KSCN作指示劑時，終點時NH₄Fe（SO₄）₂不再反應，生成血紅色的Fe（SCN）₃，所以用KSCN作指示劑，
故答案為：KSCN溶液； 
③根據(jù)氧化還原反應中得失電子相等得二者的關系式，TiO₂～NH₄Fe（SO₄）₂，二氧化鈦的質(zhì)量=$\frac{0.1mol/L×0.02L×1}{1}$g/mol=0.16g，TiO₂試樣0.2g，其質(zhì)量分數(shù)=$\frac{0.16g}{0.2g}$=80%，
故答案為：80%．

點評 本題考查實驗制備方案以及測定TiO₂的質(zhì)量分數(shù)實驗方案，明確原理是解題關鍵，側(cè)重考查學生裝置的分析評價，注意對題目信息的提取與應用，是對學生綜合能力的考查，題目難度中等．