Question

16．（Ⅰ）二氧化鈦廣泛應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)表面涂料、紙張涂層等，二氧化鈦還可作為制備鈦單質(zhì)的原料．
二氧化鈦可由以下方法制備：
TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，過濾、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙燒除去水分得到粉體TiO₂，此方法制備得到的是納米二氧化鈦．
（1）①TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O的化學(xué)方程式為TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②檢驗(yàn)TiO₂•xH₂O中Cl^-是否被除凈的方法是取最后一次的少量水洗液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產(chǎn)生白色沉淀，說明Cl^-已除凈．
（2）TiO₂制取單質(zhì)Ti，涉及到的步驟如下：
TiO₂$\stackrel{①}{→}$TiCl₄$→_{②}^{Mg_{800}℃}$Ti
反應(yīng)②的方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti．
（Ⅱ）工業(yè)上以粗銅為原料采取如圖1所示流程制備硝酸銅晶體：

（1）在步驟a中，還需要通入氧氣和水，其目的是將NO_x轉(zhuǎn)化為硝酸，提高原料的利用率，減少污染物的排放．
（2）圖2是某小組學(xué)生查閱資料后所繪出的硝酸銅晶體[Cu（NO₃）₂•nH₂O]的溶解度曲線（溫度在30℃左右對應(yīng)不同的晶體），說法正確的是BD
A．A點(diǎn)時的溶液為不飽和溶液
B．B點(diǎn)時兩種晶體可以共存
C．按上述流程最終得到的晶體一定是Cu（NO₃）₂•3H₂O
D．若將C點(diǎn)時的溶液降溫至30℃以下，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶體
（3）某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極．正極電極反應(yīng)式為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-，用該燃料電池來電解飽和食鹽水，若電解后得到200mL3.25mol•L^-1 NaOH溶液，則消耗C₄H₁₀的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為560mL．

Answer 1

分析 （Ⅰ）（1）①根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和質(zhì)量守恒定律書寫化學(xué)方程式；
②檢驗(yàn)沉淀是否洗凈的方法是，取少量洗滌液，檢驗(yàn)溶液中溶解的離子是否還存在氯離子；
（2）在800℃條件下，四氯化鈦和鎂反應(yīng)生成氯化鎂和鈦，Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質(zhì)反應(yīng)，因此可得出Ar氣作用為保護(hù)氣，防止Mg和空氣中物質(zhì)反應(yīng)；
（Ⅱ）粗銅中加入稀硝酸，F(xiàn)e、Cu和稀硝酸反應(yīng)生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同時生成氮氧化物，氮氧化物和水反應(yīng)生成硝酸，能循環(huán)利用，調(diào)節(jié)溶液的pH，將Fe（NO₃）₃轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，然后過濾得到濾渣，濾液為Cu（NO₃）₂溶液，向?yàn)V液中加入稀硝酸并調(diào)節(jié)溶液的pH，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到硝酸銅晶體．
（1）氮氧化物和氧氣、水反應(yīng)生成硝酸，提高原料利用率；
（2）A．在溶解度曲線上方的溶液為過飽和溶液；
B．B點(diǎn)時兩種晶體在水溶液中都達(dá)到飽和；
C．結(jié)晶溫度較低，晶體Cu（NO₃）₂•6H₂O析出；
D．若將C點(diǎn)時的溶液降溫至30°C以下，如果溶液為過飽和溶液，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶體；
（3）正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；根據(jù)氫氧化鈉計算轉(zhuǎn)移電子數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計算丁烷的體積．

解答 解：（Ⅰ）（1）①設(shè)TiCl₄的系數(shù)為1，根據(jù)元素守恒，TiO₂•xH₂O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?TiO₂•xH₂O↓+4HCl，
故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②沉淀吸附溶液中的Cl^-，根據(jù)發(fā)生反應(yīng)：Cl^-+Ag⁺═AgCl↓，取最后一次的少量洗滌液，檢驗(yàn)溶液中溶解的離子是否還存在，
故答案為：取最后一次的少量水洗液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產(chǎn)生白色沉淀，說明Cl^-已除凈；
（2）在800℃條件下，四氯化鈦和鎂反應(yīng)生成氯化鎂和鈦，反應(yīng)方程式為：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質(zhì)反應(yīng)，因此可得出Ar氣作用為保護(hù)氣，防止Mg和空氣中物質(zhì)反應(yīng)，
故答案為：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；
（Ⅱ）粗銅中加入稀硝酸，F(xiàn)e、Cu和稀硝酸反應(yīng)生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同時生成氮氧化物，氮氧化物和水反應(yīng)生成硝酸，能循環(huán)利用，調(diào)節(jié)溶液的pH，將Fe（NO₃）₃轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，然后過濾得到濾渣，濾液為Cu（NO₃）₂溶液，向?yàn)V液中加入稀硝酸并調(diào)節(jié)溶液的pH，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到硝酸銅晶體．
（1）氮氧化物有毒，且NO不和水反應(yīng)，通入氧氣和水，氮氧化物和氧氣、水反應(yīng)生成硝酸，硝酸能循環(huán)利用，從而提高原料利用率，且減少污染物的排放，
故答案為：將NO_x轉(zhuǎn)化為硝酸，提高原料的利用率，減少污染物的排放；
（2）A．在溶解度曲線上方的溶液為過飽和溶液，所以A點(diǎn)時的溶液為飽和溶液，故A錯誤；
B．根據(jù)圖象知，B點(diǎn)時兩種晶體在水溶液中都達(dá)到飽和，所以二者可以共存，故B正確；
C．結(jié)晶溫度較低，晶體以Cu（NO₃）₂•6H₂O析出，故C錯誤；
D．若將C點(diǎn)時的溶液降溫至30°C以下，如果溶液為過飽和溶液，根據(jù)圖象知，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶體，故D正確；
故答案為：BD；
（3）該電池中，丁烷和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水，反應(yīng)方程式為：2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-，氫氧化鈉的物質(zhì)的量=3.25mol/L×0.2L=0.65mol，根據(jù)2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-知，生成0.65mol氫氧化鈉時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{0.65mol}{2}$，串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，所以丁烷的體積=$\frac{0.65mol}{6.5×4}$=560mL，
故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-；560．

點(diǎn)評 本題考查學(xué)生對工藝流程理解、閱讀題目獲取信息能力、鹽類水解原理、原電池原理及方程式的書寫等，難度中等，理解工藝流程是關(guān)鍵，需要學(xué)生具有閱讀題目獲取信息能力和靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識分析問題、解決問題能力．