Question

【題目】二氧化鈦（TiO2）廣泛應用于各類結構表面涂料、紙張涂層等，二氧化鈦還可作為制備乙酸、鈦單質的原料。

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的化學方程式為______；

②檢驗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元素化合價為+4價）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晶體得無水硫酸亞鐵，除酒精燈、玻璃棒外，還要用到的兩種硅酸鹽質儀器是__________

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，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是______。

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

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，若無白色沉淀產生，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250 ℃時，催化劑的催化效率降低 負極 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與過量H2SO4混合，得到TiO2+含Fe3+，再加入過量鐵，將Fe3+轉化成Fe2+，冷卻結晶得到TiO2+和FeSO4·7H2O，制取TiO2；II．TiO2直接電解法生產鈦是一種較先進的方法，可根據電解池中，陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應，據此解答。

Ⅰ．（1）①設TiCl4的系數為1，根據元素守恒，TiO2xH2O的系數為1，HCl的系數為4；再根據O元素守恒，可知H2O的系數為（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-，根據發生反應：Cl-+Ag+═AgCl↓來判斷是否洗凈，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，若無白色沉淀產生，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，若無白色沉淀產生，則表明沉淀已洗滌干凈。

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

（3）加熱FeSO4.7H2O晶體得無水硫酸亞鐵，操作為灼燒，需要酒精燈加熱，需要坩堝盛放FeSO4.7H2O晶體，需要泥三角穩定坩堝，需要玻璃棒攪拌，需要坩堝鉗轉移坩堝，除酒精燈、玻璃棒外，還要用到的兩種硅酸鹽質儀器是坩堝、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，催化劑的催化效率降低了，雖然升高溫度，反應速率要加大，但催化劑催化效率降低的因素超過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，陰極上得電子發生還原反應，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，和電源負極相連；電極反應式為TiO2+4e-=Ti+2O2-；石墨做陽極，失去電子，故產生二氧化碳；答案為：負；TiO2+4e-=Ti+2O2-；CO2；