Question

8．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）实验开始前后的操作包括：①检查装置气密性，②组装仪器，③通N₂一段时间，④加装药品，⑤点燃酒精灯⑥停止通N₂⑦停止加热．正确的操作顺序是②①④③⑤⑦⑥
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，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）检验沉淀是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液于试管中加入硝酸酸化的AgNO3若没有产生沉淀，则已洗干净．
（7）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
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）对于气体的制取性质实验应该：组装仪器、检验气密性、加装药品，发生反应，终止实验时为防止倒吸，应先熄灭酒精灯，冷却到室温后再停止通入N₂；D中的液态混合物为TiCl₄与未反应的CCl₄，二者互溶，分离互溶的液体采取蒸馏方法；
（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）TiO₂•xH₂O的表面有氯离子杂质，所以检验沉淀是否洗涤干净的方法是检验洗涤滤液中是否含有氯离子；
（7）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）对于气体的制取性质实验应该：组装仪器、检验气密性、加装药品，发生反应，终止实验时为防止倒吸，应先熄灭酒精灯，冷却到室温后再停止通入N₂，正确的操作顺序是②①④③⑤⑦⑥，D中的液态混合物为TiCl₄与未反应的CCl₄，二者互溶，但CCl₄和TiCl₄是两种沸点差异较大的液体混合物，应该用蒸馏进行分离，
故答案为：②①④③⑤⑦⑥；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）TiO₂•xH₂O的表面有氯离子杂质，所以检验沉淀是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液于试管中加入硝酸酸化的AgNO3若没有产生沉淀，则已洗干净，
故答案为：取最后一次洗涤液于试管中加入硝酸酸化的AgNO3若没有产生沉淀，则已洗干净；
（7）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．