Question

鈦是一種重要的航天金屬，四氯化鈦(TiCl₄)是工業上制備金屬鈦的重要原料。常溫下，它是一種極易水解的無色液體，沸點為136.4℃。工業制備TiCl₄和鈦的反應分別為：TiO₂+2C+2Cl₂TiCl₄+2CO;TiCl₄+2MgArTi+2MgCl₂

圖1-5-17是實驗室制備TiCl₄的反應裝置，主要操作步驟為：

①連接好整套裝置，在通Cl₂前先通入CO₂氣體并持續一段時間；

②當錐形瓶中TiCl₄的量不再增加時，停止加熱，從側管中改通CO₂氣體直到電爐中的瓷管冷卻為止；

③將TiO₂、炭粉混合均勻后，裝入管式電爐中；

④將電爐升溫到800℃,一段時間后改通Cl₂,同時在冷凝管中通冷凝水。

圖1-5-17

試完成下列各題：

(1)正確的操作順序為(填序號)_______________________________________________。

(2)裝置A中的反應的離子方程式為__________________________________________。

(3)操作①的目的是_________________________________________________________。

(4)裝置D中冷凝管進水口的位置是________(填a或b)，裝置E的作用是________________

____________________________________________________________________。

(5)TiCl₄露置于空氣中極易水解，其化學方程式可表示為_________________________。

(6)工業上常用金屬鎂在800℃和氬氣氛圍中還原TiCl₄的方法制備鈦，TiCl₄+2Mg

Ti+2MgCl₂,氬氣的作用為___________________________________________。

Answer 1

解析：本題是一信息給予題，根據信息可知：常溫下，TiCl₄是一種極易水解的無色液體，?所以在制備時必須與水隔絕；沸點為136.4℃,?故800℃時的狀態為氣態。

(1)根據實驗步驟一是安裝好儀器，并檢驗裝置的氣密性。二是加藥品，連接好整套儀器裝置，進行實驗。由題可知③為加藥品，其次為避免TiCl₄遇空氣中水蒸氣發生水解，通氯氣前先通CO₂以排盡裝置內的空氣即①，然后加熱，并通氯氣進行實驗即④，最后為收集產品②。

(2)裝置A為氯氣的發生裝置，由固液加熱制氯氣裝置推知藥品為MnO₂和濃鹽酸，相應的離子方程式即可寫出。

(3)裝置D中冷凝管的作用為冷凝回流TiCl₄,防止TiCl₄揮發，冷凝效果最好的是從a進入從b流出，能保證冷凝充分。裝置E是尾氣吸收裝置，分析尾氣的成分可知E的作用是吸收有毒氣體Cl₂，防止污染環境。

(4)根據水解反應的原理：陽離子結合水電離出的氫氧根，陰離子結合H⁺即可推出化學方程式。

(5)在高溫條件下，Mg和Ti都易被空氣中的氧氣氧化，所以應通入氬氣作保護氣。

答案：(1)③①④②

(2)MnO₂+4 H⁺+2Cl^-Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O

(3)排盡裝置內的空氣，避免TiCl₄遇空氣中水蒸氣發生水解

(4)a  吸收多余的Cl₂,以免污染空氣

(5)TiCl₄+4H₂O====4HCl+Ti(OH)₄

(6)防止Mg和Ti被空氣中的氧氣氧化