Question

12．TiO₂和TiCl₄都是鈦的重要化合物，某化學(xué)興趣小組在實(shí)驗(yàn)室對兩者的制備及性質(zhì)進(jìn)行探究．
Ⅰ．制備TiCl₄
實(shí)驗(yàn)室利用反應(yīng)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(guān)信息如下：

物質(zhì)	熔點(diǎn)/℃	沸點(diǎn)/℃	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(shí)驗(yàn)開始前的操作包括：①組裝儀器，②檢驗(yàn)裝置氣密性，③加裝藥品，④通N₂一段時(shí)間，⑤最后點(diǎn)燃酒精燈．實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)在無氧環(huán)境下進(jìn)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(qiáng)酸強(qiáng)堿的金屬，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)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?jǐn)?shù)：
在TiCl₄中加水、加熱，水解得到沉淀TiO₂•xH₂O，經(jīng)過濾、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙燒除去水分得到粉體TiO₂．
（5）寫出生成TiO₂•xH₂O的化學(xué)方程式TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O↓+4HCl．
（6）一定條件下，將TiO₂溶解并還原為Ti³⁺，用NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．滴定分析時(shí)，稱取上述TiO₂試樣0.2g，消耗0.1mol•L^-1 NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液20mL．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點(diǎn)/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點(diǎn)/℃	136.4	1090	1412	3287

①配制NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，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?jǐn)?shù)為80%．

Answer 1

分析 通過氮?dú)鈱⒀b置中空氣排出，防止TiCl₄被氧化，A為干燥管，干燥氮?dú)�，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(yīng)TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔點(diǎn)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(yīng)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）反應(yīng)得到氣體TiCl₄與二氧化碳，裝置氣密性要好，在加裝藥品之前應(yīng)檢驗(yàn)裝置的氣密性，互溶的液體需根據(jù)沸點(diǎn)不同進(jìn)行蒸餾 （或分餾）分離；
（3）由于TiCl₄遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧，發(fā)生水解反應(yīng)，且反應(yīng)在無氧條件下進(jìn)行，故E裝置作用是防止空氣中水蒸氣、氧氣進(jìn)入；A裝置不能吸收空氣中的氧氣；
（4）根據(jù)鈦是一種耐強(qiáng)酸強(qiáng)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(shè)計(jì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方案；
（5）根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合質(zhì)量守恒定律來書寫化學(xué)方程式；
（6）①鐵離子易水解，配制溶液時(shí)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(diǎn)時(shí)NH₄Fe（SO₄）₂不再反應(yīng)，生成血紅色的Fe（SCN）₃；
③根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算二氧化鈦的質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：通過氮?dú)鈱⒀b置中空氣排出，防止TiCl₄被氧化，A為干燥管，干燥氮?dú)�，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(yīng)TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔點(diǎn)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(yīng)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(shí)驗(yàn)中用于干燥氮?dú)�，為球形干燥管�?br />故答案為：球形干燥管；
（2）反應(yīng)得到氣體TiCl₄與二氧化碳，裝置氣密性要好，在加裝藥品之前應(yīng)檢驗(yàn)裝置的氣密性，CCl₄、TiCl₄熔點(diǎn)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(yīng)該采用蒸餾 （或分餾）方法分離，
故答案為：檢驗(yàn)裝置氣密性；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(yīng)，且反應(yīng)在無氧條件下進(jìn)行，故E裝置作用是防止空氣中水蒸氣、氧氣進(jìn)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(yīng)在無氧環(huán)境下進(jìn)，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(yīng)在無氧環(huán)境下進(jìn)行；
（4）鈦是一種耐強(qiáng)酸強(qiáng)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(shè)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(xué)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）①鐵離子易水解，配制溶液時(shí)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?yàn)镵SCN作指示劑時(shí)，終點(diǎn)時(shí)NH₄Fe（SO₄）₂不再反應(yīng)，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(yīng)中得失電子相等得二者的關(guān)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?jǐn)?shù)=$\frac{0.16g}{0.2g}$=80%，
故答案為：80%．

點(diǎn)評 本題考查實(shí)驗(yàn)制備方案以及測定TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)驗(yàn)方案，明確原理是解題關(guān)鍵，側(cè)重考查學(xué)生裝置的分析評價(jià)，注意對題目信息的提取與應(yīng)用，是對學(xué)生綜合能力的考查，題目難度中等．