Question

16．（Ⅰ）二氧化钛广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等，二氧化钛还可作为制备钛单质的原料．
二氧化钛可由以下方法制备：
TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，过滤、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO₂，此方法制备得到的是纳米二氧化钛．
（1）①TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O的化学方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②检验TiO₂•xH₂O中Cl^-是否被除净的方法是取最后一次的少量水洗液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净．
（2）TiO₂制取单质Ti，涉及到的步骤如下：
TiO₂$\stackrel{①}{→}$TiCl₄$→_{②}^{Mg_{800}℃}$Ti
反应②的方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti．
（Ⅱ）工业上以粗铜为原料采取如图1所示流程制备硝酸铜晶体：

（1）在步骤a中，还需要通入氧气和水，其目的是将NO_x转化为硝酸，提高原料的利用率，减少污染物的排放．
（2）图2是某小组学生查阅资料后所绘出的硝酸铜晶体[Cu（NO₃）₂•nH₂O]的溶解度曲线（温度在30℃左右对应不同的晶体），说法正确的是BD
A．A点时的溶液为不饱和溶液
B．B点时两种晶体可以共存
C．按上述流程最终得到的晶体一定是Cu（NO₃）₂•3H₂O
D．若将C点时的溶液降温至30℃以下，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶体
（3）某燃料电池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极．正极电极反应式为O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-，用该燃料电池来电解饱和食盐水，若电解后得到200mL3.25mol•L^-1 NaOH溶液，则消耗C₄H₁₀的体积在标准状况下为560mL．

Answer 1

分析 （Ⅰ）（1）①根据物质的性质和质量守恒定律书写化学方程式；
②检验沉淀是否洗净的方法是，取少量洗涤液，检验溶液中溶解的离子是否还存在氯离子；
（2）在800℃条件下，四氯化钛和镁反应生成氯化镁和钛，Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应；
（Ⅱ）粗铜中加入稀硝酸，Fe、Cu和稀硝酸反应生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同时生成氮氧化物，氮氧化物和水反应生成硝酸，能循环利用，调节溶液的pH，将Fe（NO₃）₃转化为Fe（OH）₃沉淀，然后过滤得到滤渣，滤液为Cu（NO₃）₂溶液，向滤液中加入稀硝酸并调节溶液的pH，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硝酸铜晶体．
（1）氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，提高原料利用率；
（2）A．在溶解度曲线上方的溶液为过饱和溶液；
B．B点时两种晶体在水溶液中都达到饱和；
C．结晶温度较低，晶体Cu（NO₃）₂•6H₂O析出；
D．若将C点时的溶液降温至30°C以下，如果溶液为过饱和溶液，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶体；
（3）正极上氧气得电子发生还原反应；根据氢氧化钠计算转移电子数，根据串联电池中转移电子数相等计算丁烷的体积．

解答 解：（Ⅰ）（1）①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（2+x），方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl，
故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②沉淀吸附溶液中的Cl^-，根据发生反应：Cl^-+Ag⁺═AgCl↓，取最后一次的少量洗涤液，检验溶液中溶解的离子是否还存在，
故答案为：取最后一次的少量水洗液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净；
（2）在800℃条件下，四氯化钛和镁反应生成氯化镁和钛，反应方程式为：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应，
故答案为：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；
（Ⅱ）粗铜中加入稀硝酸，Fe、Cu和稀硝酸反应生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同时生成氮氧化物，氮氧化物和水反应生成硝酸，能循环利用，调节溶液的pH，将Fe（NO₃）₃转化为Fe（OH）₃沉淀，然后过滤得到滤渣，滤液为Cu（NO₃）₂溶液，向滤液中加入稀硝酸并调节溶液的pH，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硝酸铜晶体．
（1）氮氧化物有毒，且NO不和水反应，通入氧气和水，氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，硝酸能循环利用，从而提高原料利用率，且减少污染物的排放，
故答案为：将NO_x转化为硝酸，提高原料的利用率，减少污染物的排放；
（2）A．在溶解度曲线上方的溶液为过饱和溶液，所以A点时的溶液为饱和溶液，故A错误；
B．根据图象知，B点时两种晶体在水溶液中都达到饱和，所以二者可以共存，故B正确；
C．结晶温度较低，晶体以Cu（NO₃）₂•6H₂O析出，故C错误；
D．若将C点时的溶液降温至30°C以下，如果溶液为过饱和溶液，根据图象知，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶体，故D正确；
故答案为：BD；
（3）该电池中，丁烷和氧气反应生成二氧化碳和水，反应方程式为：2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O，正极上氧气得电子发生还原反应和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-，氢氧化钠的物质的量=3.25mol/L×0.2L=0.65mol，根据2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-知，生成0.65mol氢氧化钠时转移电子的物质的量=$\frac{0.65mol}{2}$，串联电池中转移电子数相等，所以丁烷的体积=$\frac{0.65mol}{6.5×4}$=560mL，
故答案为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-；560．

点评 本题考查学生对工艺流程理解、阅读题目获取信息能力、盐类水解原理、原电池原理及方程式的书写等，难度中等，理解工艺流程是关键，需要学生具有阅读题目获取信息能力和灵活运用基础知识分析问题、解决问题能力．