Question

鈉米二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N新型的光催化劑，其用途相當(dāng)廣泛．金屬鈦具有優(yōu)良的性能，是航天工業(yè)的重要材料．水解法制備納米二氧化鈦和電解鈦的過程如下：
TiCl₄

水解

△

TiO₂?nH₂O

洗滌

脫水干燥

TiO₂

特殊處理

復(fù)合TiO₂

電解

Ti
Ⅰ．TiCl₄的水解：
（1）寫出TiCl₄水解的化學(xué)方程式：

 

．
（2）TiO₂?nH₂O中鈦的化合價(jià)為

 

，檢驗(yàn)TiO₂?nH₂O是否洗凈的方法是

 

．
Ⅱ．電解法制備金屬鈦：
用TiO₂與石墨制成復(fù)合電極來電解CaCl₂和CaO的熔融物，從而制取鈦，陰極產(chǎn)生的Ca立即還原TiO₂，TiO₂也能直接得電子生成Ti，其電解示意圖如圖所示：
（3）陰極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)有

 

（填電極反應(yīng)式，下同）、2Ca+TiO₂=Ti+2CaO、

 

．
（4）無鉑堿性膜氫氧燃料電池（KOH為電解質(zhì)）是一種低成本的高能燃料電池，可用于上述電解的電源，該燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理,鹽類水解的應(yīng)用

專題：

分析：Ⅰ、（1）依據(jù)鹽類水解的實(shí)質(zhì)是結(jié)合水電離出的氫離子和氫氧根離子生成弱電解質(zhì)的過程分析寫出；
（2）依據(jù)元素化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算；洗凈的方法是檢驗(yàn)洗滌液是否含有氯離子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；
Ⅱ、（3）依據(jù)裝置圖結(jié)合電解原理分析，固體熔融電解質(zhì)傳導(dǎo)作用是氧離子分析配平電極反應(yīng)；
（4）依據(jù)燃料電池中燃料在原電池負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性溶液中生成水；

解答： 解：Ⅰ、（1）依據(jù)流程圖提示TiCl₄→TiO₂?nH₂O，發(fā)生水解反應(yīng)，無機(jī)物水解反應(yīng)屬于復(fù)分解反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為：TiCl₄+（n+2）H₂O

△

TiO₂?nH₂O+4HCl；
故答案為：TiCl₄+（n+2）H₂O

△

TiO₂?nH₂O+4HCl；
（2）TiO₂?nH₂O中鈦的化合價(jià)為+4價(jià)，TiO₂?nH₂O中可能存在的雜質(zhì)是氯化氫，所以檢驗(yàn)其是否洗凈的方法是檢驗(yàn)洗滌液中是否含有氯離子，取適量水溶液滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，不產(chǎn)生白色沉淀，說明已經(jīng)洗凈；
故答案為：取適量水溶液滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，不產(chǎn)生白色沉淀，說明已經(jīng)洗凈；
Ⅱ、（3）電解原理中鈣離子在陰極得到電子生成鈣，TiO₂也能直接得電子生成Ti，陰極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)Ca²⁺+2e^-=Ca，TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
故答案為：Ca²⁺+2e^-=Ca，TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
（4）堿性膜氫氧燃料電池，燃料電池中燃料在原電池負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
故答案為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了鹽類水解的分析，電解原理和原電池原理的分析應(yīng)用，電極反應(yīng)書寫方法是關(guān)鍵，題目難度中等．