Question

9．鈦合金烤瓷牙是目前國內使用最為普遍的一種烤瓷牙，TiCl4是生產金屬鈦的原料．
（1）工業上主要用TiO₂氯化的方法來制取TiCl₄
①有人擬用以下氯化反應來制取TiCl₄：TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g），寫出實驗室用二氧化錳與濃鹽酸反應制取Cl₂的離子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
②工業上通常往TiO₂和Cl₂反應體系中加入碳單質，在一定條件下制取TiCl₄，從化學平衡的角度解釋此方法能順利制取TiCl₄的原因加入的碳單質與氧氣反應，減小了產物O₂的濃度，使 TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）平衡向正反應方向移動，使反應能夠順利進行．
（2）某化學實驗小組以TiO₂和足量 CCl₄為原料制取TiCl₄，裝置如圖1所示：

如表是有關物質的性質：

物質	熔點/℃	沸點/℃	其他
CCl4	-23	76.8	與TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮濕空氣產生白霧

①實驗開始時先點燃A處的酒精燈，待C中燒瓶里有液滴出現時再點燃B處的酒精燈，其主要目的是先排盡系統（裝置）中的空氣．
②本實驗中儀器a采用題給的加熱方式的突出優點是受熱均勻，能為反應提供穩定的CCl₄蒸汽流．
③B中CCl₄與TiO₂發生反應的化學方程式是TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑．
④欲分離C裝置中的TiCl₄，應采用的實驗操作為蒸餾（填操作名稱）．
⑤若將反應過程中生成的氣體X（足量）緩緩通入Ba（ OH）₂和NaOH的混合稀溶液中，生成沉淀的物質的量（n）和 通入氣體X的體積（V）的關系如圖2所示，若混合溶液中Ba（ OH）₂和2NaOH的物質的量之比為1：1，則b點溶液中溶質主要成分的化學式為NaHCO₃，從b點到c點，沉淀減少過程中發生反應的離子方程式為BaCO₃+H₂O+CO₂=Ba²⁺+2HCO₃^-．

Answer 1

分析 （1）①二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件下反應生成氯化錳、氯氣和水；
②向TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）反應體系中加C，能反應掉生成物O₂，從化學平衡移動的角度分析；
（2）為防止產品TiCl₄被氧化，實驗開始時先點燃A處的酒精燈，使四氯化碳揮發，排盡系統（裝置）中的空氣，待C中燒瓶里有液滴出現時再點燃B處的酒精燈，B中裝置在加熱條件下，發生反應TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔點較低，C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，D裝置連接空氣，由于TiCl₄遇潮濕空氣產生白霧，發生水解反應，故D裝置作用是防止空氣中水蒸進入．
①為防止產品TiCl₄被氧化，先排盡系統（裝置）中的空氣；
②水浴加熱優點是受熱均勻，能為反應提供穩定的CCl₄蒸汽流；
③TiO₂和 CCl₄為在加熱條件下生成TiCl₄和CO₂；
④CCl₄、TiCl₄二者能互溶，應該采用蒸餾方法分離；
⑤向物質的量之比為1：1的Ba（ OH）₂和NaOH的混合稀溶液中通入CO₂，開始產生沉淀，故a點之前發生反應：CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，a～b之間先后發生的反應為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，總反應為：NaOH+CO₂═NaHCO₃，b～c之間發生反應：BaCO₃+H₂O+CO₂═Ba（HCO₃）₂，據此分析．

解答 解：（1）①二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件下反應生成氯化錳、氯氣和水，反應離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
②在反應TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）中，加入C能和O₂反應C（s）+O₂（g）=CO₂（g），降低了O₂的濃度，平衡正向移動，反應就可以進行了，
故答案為：加入的碳單質與氧氣反應，減小了產物O₂的濃度，使 TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）平衡向正反應方向移動，使反應能夠順利進行；
（2）為防止產品TiCl₄被氧化，實驗開始時先點燃A處的酒精燈，使四氯化碳揮發，排盡系統（裝置）中的空氣，待C中燒瓶里有液滴出現時再點燃B處的酒精燈，B中裝置在加熱條件下，發生反應TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔點較低，C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，D裝置連接空氣，由于TiCl₄遇潮濕空氣產生白霧，發生水解反應，故D裝置作用是防止空氣中水蒸進入．
①為防止產品TiCl₄被氧化，先排盡系統（裝置）中的空氣，
故答案為：先排盡系統（裝置）中的空氣；
②水浴加熱優點是受熱均勻，能為反應提供穩定的CCl₄蒸汽流，
故答案為：受熱均勻，能為反應提供穩定的CCl₄蒸汽流；
③TiO₂和 CCl₄為在加熱條件下生成TiCl₄和CO₂，方程式為：TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑；
故答案為：TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑；
④CCl₄、TiCl₄二者能互溶，應該采用蒸餾方法分離，
故答案為：蒸餾；
⑤向物質的量之比為1：1的Ba（ OH）₂和NaOH的混合稀溶液中通入CO₂，開始產生沉淀，故a點之前發生反應：CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，從圖中可知：氫氧化鋇、氫氧化鈉消耗二氧化碳體積分別為5L、5L，所以a～b之間先后發生的反應為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，總反應為：NaOH+CO₂═NaHCO₃，則b點溶液中溶質主要成分的化學式為NaHCO₃，b～c之間發生反應：BaCO₃+H₂O+CO₂═Ba（HCO₃）₂，離子方程式為：BaCO₃+H₂O+CO₂=Ba²⁺+2HCO₃^-；
故答案為：NaHCO₃；BaCO₃+H₂O+CO₂=Ba²⁺+2HCO₃^-．

點評 本題考查實驗制備方案，明確原理是解題關鍵，側重考查學生裝置的分析評價，注意對題目信息的提取與應用，是對學生綜合能力的考查，題目難度中等．