Question

20．四氯化鈦是無色液體，沸點為136℃．它極易水解，遇空氣中水蒸氣即產生“白煙”（TiCl₄+H₂O=TiOCl₂+2HCl↑）．在650℃～850℃下，將氯氣通過二氧化鈦和炭粉的混合物可得到四氯化鈦和一種有毒氣體．下圖是某科研小組制備TiCl₄的反應裝置：其主要操作步驟如下：
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
試回答下列問題：
（1）正確的操作順序為（填序號）③①④②．
（2）C裝置中的反應的化學方程式為TiO₂+2Cl₂+2C $\frac{\underline{\;650℃～850℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（3）B中的試劑為濃硫酸； 其作用是干燥氯氣．
（4）D裝置的作用是冷凝回流四氯化鈦．
（5）干燥管中無水CaCl₂的作用是防止E中的水蒸氣進入D中，使TiCl₄水解．
（6）從環境保護的角度，提出一個優化方案：在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置．

Answer 1

分析 （1）實驗時，先裝入藥品，然后通入二氧化碳，將容器中的水蒸氣、氧氣等排除，加熱反應，反應完畢后，繼續通入二氧化碳，將裝置內的氯氣、CO等排出；
（2）由于TiO₂、C、Cl₂混合物在高溫條件下制得TiCl₄和一種有毒氣體，根據化學反應中元素種類不變的規律可知：該有毒氣體含有碳、氧兩種元素，由碳、氧兩種元素組成的有毒氣體只有一氧化碳；因此TiO₂、C、Cl₂混合物在高溫條件下反應生成TiCl₄和一氧化碳；
裝置A中用于制備氯氣，反應加熱，應為二氧化錳和濃鹽酸的反應；
（3）根據制備的氯氣中含有雜質水蒸氣；
（4）四氯化鈦沸點低，易揮發，所以要用冷凝管冷凝回收；
（5）四氯化鈦極易水解，氫氧化鈉溶液中有水蒸汽，據此答題；
（6）根據C裝置中發生的反應是在650℃～850℃下，將氯氣通過二氧化鈦和炭粉的混合物可得到四氯化鈦和CO可知，裝置尾氣中有CO，會污染空氣．

解答 解：（1）實驗時，先裝入藥品，然后通入二氧化碳，將容器中的水蒸氣、氧氣等排除，加熱反應，反應完畢后，繼續通入二氧化碳，將裝置內的氯氣、CO等排出，操作順序為③①④②，
故答案為：③①④②；
（2）由于TiO₂、C、Cl₂混合物在高溫條件下制得TiCl₄和一種有毒氣體，根據化學反應中元素種類不變的規律可知：該有毒氣體含有碳、氧兩種元素，由碳、氧兩種元素組成的有毒氣體只有一氧化碳；因此TiO₂、C、Cl₂混合物在高溫條件下反應生成TiCl₄和一氧化碳，該反應的化學方程式為：TiO₂+2Cl₂+2C $\frac{\underline{\;650℃～850℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案為：TiO₂+2Cl₂+2C $\frac{\underline{\;650℃～850℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（3）因制備的氯氣中含有雜質水蒸氣，可用濃硫酸來除去，
故答案為：濃硫酸；干燥氯氣；
（4）四氯化鈦是無色液體，沸點為136℃較低，受熱易揮發，所以冷凝管冷凝回流四氯化鈦，
故答案為：冷凝回流四氯化鈦；
（5）四氯化鈦極易水解，氫氧化鈉溶液中有水蒸汽，所以干燥管中無水CaCl₂的作用是防止E中的水蒸氣進入D中，使TiCl₄水解，
故答案為：防止E中的水蒸氣進入D中，使TiCl₄水解；
（6）根據C裝置中發生的反應是在650℃～850℃下，將氯氣通過二氧化鈦和炭粉的混合物可得到四氯化鈦和CO可知，裝置尾氣中有CO，會污染空氣，所以在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置，
故答案為：在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置．

點評 本題是結合物質制備考查了基本實驗操作，是一道綜合性較強的實驗題，考查考生分析實驗裝置并評價實驗方案的能力．