5.[探究一]為測定鈦鐵礦(含F(xiàn)eTiO3,鈦酸亞鐵)中可提取氧的質量分數(shù),某研究性學習小組設計了如圖兩套實驗裝置:(注:可提取氧指的是可被H2、C轉化為H2O、CO2的氧原子)

(1)已知FeTiO3被H2還原后,生成Fe、TiO2和水,學生甲設想用圖-1裝置(A為電加熱裝置)從鈦鐵礦中提取氧.請寫出FeTiO3在加熱時被H2還原的化學方程式:FeTiO3+H2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+TiO2+H2O
(2)已知FeTiO3被C還原后生成Fe、TiO2和CO2,學生乙設想用圖-2裝置(A為電加熱裝置)從鈦鐵礦中提取氧,并且認為該方案的意義在于:反應產(chǎn)生的CO2可通過綠色植物的光合作用轉化為營養(yǎng)物質,同時產(chǎn)生氧氣:
6CO2+6H2O $\stackrel{光合作用}{→}$C6H12O6(葡萄糖)+6O2.實驗過程中,稱得反應前裝置A中鈦鐵礦的質量為ag,炭粉的質量為bg,反應后裝置B中產(chǎn)生CaCO3的質量為cg,則鈦鐵礦中可提取氧的質量分數(shù)的表達式為$\frac{32c}{100a}$.
(3)經(jīng)專家評審后,認定兩個方案都很有意義,但實驗設計方面還存在不足之處,例如圖-2裝置在加熱時,生成的CO2不可能全部被澄清石灰水吸收,同時鈦鐵礦和炭粉在加熱時還會產(chǎn)生CO,給實驗帶來誤差.
①請對學生乙的設想提出改進措施:改用圖-1裝置加熱鈦鐵礦和炭粉,并在U型管B之前增加盛有CuO粉末的燃燒管,在B之后增加在B之后增加盛堿石灰的干燥管.
②改進后,實驗自始至終需持續(xù)向裝置A中通入N2的目的是反應前將裝置中的空氣趕出,反應開始后可將CO2及時趕出使之被堿石灰吸收.
[探究二]納米TiO2作為一種光催化劑越來越受到人們的關注,現(xiàn)正廣泛開發(fā)運用.
(4)某科研小組在不同的載體(鈦片、鋁片、陶瓷)表面制備二氧化鈦薄膜,來考察不同載體TiO2薄膜光催化使甲基橙脫色,每次光照20min取一次樣,實驗結果如圖-3所示,下列說法正確的是bd.(雙選)
(a)不同載體,無論何種溫度一定是鈦片最好
(b)約在520℃時,鈦片載體的光催化活性最好
(c)無論何種載體,催化活性總是隨溫度的升高而升高
(d)不同負載TiO2薄膜的光催化活性不同.

分析 (1)已知FeTiO3被H2還原后,生成Fe、TiO2和水,反應的化學方程式為:FeTiO3+H2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+TiO2+H2O;
(2)根據(jù)關系式:CaCO3~CO2~O2,計算鈦鐵礦中可提取氧的質量分數(shù);
(3)①對學生乙的設想提出改進措施:改用圖1裝置,為了CO充分反應生成CO2,在U型管B之前增加盛有CuO粉末的燃燒管;為了防止空氣中的CO2進入U型管B,在B之后增加盛堿石灰的干燥管;②實驗自始至終需持續(xù)向裝置A中通入N2,反應前可以將裝置中的空氣趕出,反應開始后可將CO2及時趕出使之被堿石灰吸收;
(4)根據(jù)圖中脫色率與溫度關系解題.

解答 解:(1)已知FeTiO3被H2還原后,生成Fe、TiO2和水,反應的化學方程式為:FeTiO3+H2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+TiO2+H2O;故答案為:FeTiO3+H2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+TiO2+H2O;
(2)根據(jù)關系式:CaCO3~CO2~O2,鈦鐵礦中可提取氧的物質的量為$\frac{c}{100}$mol,則鈦鐵礦中可提取氧的質量分數(shù)的表達式為$\frac{32c}{100a}$,故答案為:$\frac{32c}{100a}$;
(3)①對學生乙的設想提出改進措施:改用圖1裝置,為了CO充分反應生成CO2,在U型管B之前增加盛有CuO粉末的燃燒管;為了防止空氣中的CO2進入U型管B,在B之后增加盛堿石灰的干燥管;
故答案為:CuO粉末;在B之后增加盛堿石灰的干燥管;
②改進后,實驗自始至終需持續(xù)向裝置A中通入N2,反應前可以將裝置中的空氣趕出,反應開始后可將CO2及時趕出使之被堿石灰吸收;
故答案為:反應前將裝置中的空氣趕出,反應開始后可將CO2及時趕出使之被堿石灰吸收;
(4)a.由圖知,500度以下鈦片最差,故a錯誤;
b.由圖知,在520℃時,脫色率最高,鈦片載體的光催化活性最好,故b正確;
c.520℃后鈦片催化活性隨溫度的升高而較低,故c錯誤;
d.由圖知,相同溫度時,不同的載體(鈦片、鋁片、陶瓷),TiO2薄膜的光催化活性不同,故d正確.
故選bd.

點評 本題考查鈦鐵礦中可提取氧的質量分數(shù),設計實驗方案的設計與改進,難度中等,明確實驗原理是解題的關鍵.

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