Question

【題目】納米TiO2具有十分寶貴的光學性質，在汽車工業(yè)及諸多領域都顯示出美好的發(fā)展前景。下圖是以硫酸氧鈦為原料制備納米二氧化鈦的工藝流程圖：

回答下列問題：

（1）反應I中發(fā)生兩個反應，其一是尿素[CO(NH2)2]與H2O反應生成CO2和NH3·H2O，則另一反應的離子方程式為____。

（2）判斷TiO(OH)2沉淀是否洗凈的實驗操作和現(xiàn)象是：____。

（3）為了減少制備過程中的“三廢”排放，將上述流程中的“濾液”經(jīng)過____、____、_____（填基本操作）即可回收________（填化學式）。

（4）為研究反應溫度、反應時間、反應物物質的量配比等因素對制備納米二氧化鈦產(chǎn)率的影響。設計如下實驗：

實驗編號	反應溫度/℃	反應時間/h	反應物物質的量配比
①	90	1	2:1
②	90	2	3:1
③	90	1
④	100	2	3:1

實驗②和④的實驗目的是___，實驗③中反應物物質的量配比為___。反應I中TiO2+濃度對TiO2的產(chǎn)率和粒徑的影響如圖：

結合圖中信息，你認為為達到工藝目的，最合適的TiO2+濃度為_______。

Answer 1

【答案】TiO2++2NH3·H2O= TiO(OH)2↓+2NH4+ 取少量最后一次的洗滌液于試管中，加入鹽酸進行酸化，再加入氯化鋇溶液，如無白色渾濁出現(xiàn)，表明沉淀已經(jīng)洗滌干凈 蒸發(fā)濃縮 冷卻結晶 過濾 (NH4)2SO4 探究不同反應溫度對制備TiO2產(chǎn)率的影響 3:1 1mol/L

【解析】

根據(jù)題中信息可知，以TiOSO4為原料，以尿素為沉淀劑制備納米TiO2的反應原理為：

CO(NH2)2+3H2O=2NH3·H2O+CO2↑

TiOSO4+2NH3·H2O=TiO(OH)2↓+(NH4)2SO4

TiO(OH)2= TiO2+H2O

結合TiOSO4的性質和題中所給流程圖進行分析，TiOSO4易發(fā)生水解生成TiO2，控制鈦液中TiO2+的濃度，TiO2+與氨水混合，調節(jié)pH，生成白色TiO(OH)2沉淀，待TiO(OH)2沉淀完全后過濾，并用去離子水多次洗滌至沉淀中不再檢出SO42-，過濾，陳化一段時間后，將沉淀多次漂洗后真空烘干，在不同溫度下煅燒，經(jīng)研磨和氣流粉碎制備出納米TiO2，據(jù)此解答。

（1）TiOSO4易發(fā)生水解生成TiO2，由題可知，懸濁液中含有TiO(OH)2，因此另一反應的離子方程式為：TiO2++2NH3·H2O= TiO(OH)2↓+2NH4+；答案為：TiO2++2NH3·H2O= TiO(OH)2↓+2NH4+；

（2）該沉淀表面附著有SO42-，判斷沉淀是否洗滌干凈，可根據(jù)洗滌液中是否含有SO42-來進行判斷。實驗操作和現(xiàn)象為：取少量最后一次的洗滌液于試管中，加入鹽酸進行酸化，再加入氯化鋇溶液，如無白色渾濁出現(xiàn)，表明沉淀已經(jīng)洗滌干凈；答案為：取少量最后一次的洗滌液于試管中，加入鹽酸進行酸化，再加入氯化鋇溶液，如無白色渾濁出現(xiàn)，表明沉淀已經(jīng)洗滌干凈；

（3）濾液中含有一定量的(NH4)2SO4，可通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾進行回收，答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾；(NH4)2SO4；

（4）對比表中數(shù)據(jù)，可知實驗②和④的反應物物質的量配比和反應時間相同，反應溫度不同，二者為對照實驗，實驗目的為：探究不同反應溫度對制備TiO2產(chǎn)率的影響；實驗③和實驗①為對照實驗，則實驗③和實驗①的反應物物質的量配比應不同，實驗③的反應物物質的量配比應為3:1，因此實驗目的為探究反應物物質的量配比對制備納米TiO2產(chǎn)率的影響；由題給信息可知，納米二氧化鈦粒徑為10～50nm，分析題中粒徑和TiO2+濃度關系圖，TiO2+濃度增大，二氧化鈦粒徑也逐漸增大，當TiO2+濃度為1mol/L時，二氧化鈦粒徑為50nm，故最適合的TiO2+濃度為1mol/L。答案為：探究不同反應溫度對制備TiO2產(chǎn)率的影響；3:1；1mol/L。