Question

【題目】二氧化鈦（TiO2）廣泛應(yīng)用于各類(lèi)結(jié)構(gòu)表面涂料、紙張涂層等，二氧化鈦還可作為制備乙酸、鈦單質(zhì)的原料。

Ⅰ．二氧化鈦可由以下兩種方法制備：

方法1：TiCl4水解生成TiO2·xH2O，過(guò)濾、水洗除去其中的Cl－，再烘干、焙燒除去水分得到膠體TiO2，此方法制備得到的是納米二氧化鈦。

（1）① TiCl4水解生成TiO2·x H2O的化學(xué)方程式為______；

②檢驗(yàn)TiO2·x H2O中Cl－是否被除凈的方法是___________

方法2：可用含有Fe2O3的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO3，其中Ti元素化合價(jià)為+4價(jià)）制取，其主要流程如下：

（2）溶液甲中加入Fe的作用是__________

（3）若要加熱FeSO4．7H2O晶體得無(wú)水硫酸亞鐵，除酒精燈、玻璃棒外，還要用到的兩種硅酸鹽質(zhì)儀器是__________

Ⅱ．二氧化鈦的用途：

（4）以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。

在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示（實(shí)線表示的是催化劑的催化效率，虛線表示的是乙酸的生成速率），250～300 ℃時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是______。

（5）TiO2直接電解法生產(chǎn)鈦是一種較先進(jìn)的方法，電解質(zhì)為熔融的氧化鈣，原理如圖所示，二氧化鈦電極連接電源_____（填“正極”或“負(fù)極”），該極電極反應(yīng)式為__________。石墨極上石墨參與反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是_____。

Answer 1

【答案】TiCl4+ （x+2）H2O =TiO2·x H2O+ 4HCl 取最后一次的洗滌濾液1～2 mL于試管中，向其中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，若無(wú)白色沉淀產(chǎn)生，則表明沉淀已洗滌干凈。 將溶液中的Fe3+還原為Fe2+ 坩堝 泥三角 溫度超過(guò)250 ℃時(shí)，催化劑的催化效率降低 負(fù)極 TiO2+4e=Ti+2O2 CO2（或CO）

【解析】

I．二氧化鈦可由兩種方法制備，方法一將TiCl4水解得到，由元素守恒得方程式；方法二是將鈦鐵礦含Fe2O3與過(guò)量H2SO4混合，得到TiO2+含Fe3+，再加入過(guò)量鐵，將Fe3+轉(zhuǎn)化成Fe2+，冷卻結(jié)晶得到TiO2+和FeSO4·7H2O，制取TiO2；II．TiO2直接電解法生產(chǎn)鈦是一種較先進(jìn)的方法，可根據(jù)電解池中，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此解答。

Ⅰ．（1）①設(shè)TiCl4的系數(shù)為1，根據(jù)元素守恒，TiO2xH2O的系數(shù)為1，HCl的系數(shù)為4；再根據(jù)O元素守恒，可知H2O的系數(shù)為（2+x），方程式為TiCl4+（x+2）H2O=TiO2xH2O↓+4HCl；答案為TiCl4+（x+2）H2O=TiO2xH2O↓+4HCl。

②沉淀吸附溶液中的Cl-，根據(jù)發(fā)生反應(yīng)：Cl-+Ag+═AgCl↓來(lái)判斷是否洗凈，取最后一次的洗滌濾液1～2 mL于試管中，向其中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，若無(wú)白色沉淀產(chǎn)生，則表明沉淀已洗滌干凈；答案為取最后一次的洗滌濾液1～2 mL于試管中，向其中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，若無(wú)白色沉淀產(chǎn)生，則表明沉淀已洗滌干凈。

（2）該溶液中含有鐵離子，加入Fe能將鐵離子轉(zhuǎn)化成亞鐵離子且不引進(jìn)新的雜質(zhì)，所以鐵的作用是：將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+；答案為將溶液中的Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+。

（3）加熱FeSO4.7H2O晶體得無(wú)水硫酸亞鐵，操作為灼燒，需要酒精燈加熱，需要坩堝盛放FeSO4.7H2O晶體，需要泥三角穩(wěn)定坩堝，需要玻璃棒攪拌，需要坩堝鉗轉(zhuǎn)移坩堝，除酒精燈、玻璃棒外，還要用到的兩種硅酸鹽質(zhì)儀器是坩堝、泥三角；答案為：坩堝、泥三角。

II．（4）在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示．在250℃～300℃之間，乙酸的生成速率降低的原因是：溫度在250°C升至300°C時(shí)，催化劑的催化效率降低了，雖然升高溫度，反應(yīng)速率要加大，但催化劑催化效率降低的因素超過(guò)了溫度升高使速率增大的因素，所以乙酸生成速率降低；答案為催化劑催化效率降低的因素超過(guò)了溫度升高使速率增大的因素，所以乙酸生成速率降低。

（5）電解時(shí)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，和電源負(fù)極相連；電極反應(yīng)式為TiO2+4e-=Ti+2O2-；石墨做陽(yáng)極，失去電子，故產(chǎn)生二氧化碳；答案為：負(fù)；TiO2+4e-=Ti+2O2-；CO2；