Question

【題目】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進行探究。

Ⅰ．制備TiCl4

實驗室利用反應TiO2 (s)＋CCl4(g)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	熔點/℃	沸點/℃	其他
CCl4	—23	76	與TiCl4互溶
TiCl4	—25	136	遇潮濕空氣產生白霧

請回答下列問題：

（1）儀器A的名稱是 。

（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__________________________。實驗結束后欲分離D中的液態混合物，所采用操作的名稱是 。

（3）裝置E能否 （填“能”或“不能”）換成裝置A，理由是 。

（4）TiCl4是制取航天航空工業材料——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。 。

Ⅱ．制備TiO2及測定TiO2的質量分數：

在TiCl4中加水、加熱，水解得到沉淀TiO2·xH2O，經過濾、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 。

（6）檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是___________________________________________。

（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0.1 mol·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： 。

②該滴定操作所用到的指示劑是 。

③則TiO2質量分數為 。

Answer 1

【答案】（1）干燥管（1分） （2）②①④③⑤⑦⑥（1分） 蒸餾 (或分餾) （1分）

（3）不能 （1分） 裝置A不能吸收空氣中的氧氣，不能保證反應在無氧環境下進行 （1分）

（4）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，若有沉淀產生且最終沉淀不完全溶解，則證明樣品中有Si。 （2分）（其他合理答案也可給分）

（5）TiCl4＋(x＋2)H2OTiO2·xH2O↓＋4HCl （2分）

（6）取最后一次洗滌液于試管中加入硝酸酸化的AgNO3若沒有產生沉淀，則已洗干凈。（1分）

（7）①抑制NH4Fe(SO4)2水解 （1分） ②KSCN溶液 （1分） ③80﹪（2分）

【解析】

試題分析：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遇潮濕的氣體產生白霧；B裝置加熱使四氯化碳揮發，C中裝置在加熱條件下，發生反應TiO2（s）+CCl4（g）TiCl4（g）+CO2（g），CCl4、TiCl4熔點較低，D裝置使這兩種物質轉化為液態，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，為干燥管；

（2）反應得到氣體TiCl4與二氧化碳，裝置氣密性要好，在加裝藥品之前應檢驗裝置的氣密性，因此根據以上分析可知正確的操作順序為②①④③⑤⑦⑥；CCl4、TiCl熔點較低，D裝置使這兩種物質轉化為液態，二者能互溶，應該采用蒸餾 （或分餾）方法分離；

（3）由于TiCl4遇潮濕空氣產生白霧，發生水解反應，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，但不能吸收空氣中的氧氣，不能保證反應在無氧環境下進，故E裝置不能換成A裝置；

（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TiO2xH2O，設TiCl4的系數為1，根據元素守恒，TiO2xH2O的系數為1，HCl的系數為4；再根據O元素守恒，可知H2O的系數為（x+2），所以化學方程式為TiCl4＋(x＋2)H2OTiO2·xH2O↓＋4HCl；

（6）沉淀表面有吸附的氯離子，則判斷沉淀是否洗滌干凈的操作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；

③根據氧化還原反應中得失電子相等得二者的關系式，TiO2～NH4Fe（SO4）2，二氧化鈦的質量=0.1mol/L×0.02L×80g/mol=0.16g，TiO2試樣0.2g，其質量分數=×100%=80%。