Question

5．2016年3•15晚會(huì)曝光：“北口義齒”用廢鋼料制造假牙，經(jīng)過(guò)反復(fù)回收再利用的這種“碎鋼”，有害元素濃度越來(lái)越高，危害人體!而純鈦、鈷鉻、諾必靈等都是正規(guī)的義齒金屬原料．鈦合金烤瓷牙是目前國(guó)內(nèi)使用最為普遍的一種烤瓷牙．
（1）TiCl₄是生產(chǎn)金屬鈦和鈦白的原料，工業(yè)上主要用TiO₂氯化的方法來(lái)制取．
①有人擬用以下氯化反應(yīng)來(lái)制取TiCl₄：TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ/mol，你認(rèn)為這一氯化反應(yīng)是否可自發(fā)進(jìn)行？理論根據(jù)是什么？反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，因?yàn)榇朔磻?yīng)中△H＞0，△S＜0，△G=△H-T•△S＞0，故此反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行．
②工業(yè)上通常往TiO₂和Cl₂反應(yīng)體系中加入碳單質(zhì)，在一定條件下制取TiCl₄，從化學(xué)平衡的角度解釋此方法能順利制取TiCl₄的原因加入的碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)，減小了產(chǎn)物O₂的濃度，使TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，使反應(yīng)能夠順利進(jìn)行．
（2）某化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組以TiO₂和足量 CCl₄為原料制取TiCl₄，裝置圖如圖1：

表是有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)：

物質(zhì)	熔點(diǎn)/℃	沸點(diǎn)/℃	其他
CCl4	-23	76.8	與TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)先點(diǎn)燃A處的酒精燈，待C中燒瓶里有液滴出現(xiàn)時(shí)再點(diǎn)燃B處的酒精燈，其主要目的是先排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣．
②本實(shí)驗(yàn)中儀器a采用題給的加熱方式的突出優(yōu)點(diǎn)是受熱均勻，能為反應(yīng)提供穩(wěn)定的CCl₄蒸汽流．
③B中TiO₂發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑．
④欲分離C裝置中的TiCl₄，應(yīng)采用的實(shí)驗(yàn)操作為蒸餾（填操作名稱）．
⑤若將反應(yīng)過(guò)程中生成的氣體X（足量）緩緩?fù)ㄈ隑a（ OH）₂和NaOH的混合稀溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量（n）和 通入氣體X的體積（V）的關(guān)系如圖2所示，則混合稀溶液中Ba（ OH）₂和NaOH的物質(zhì)的量之比為1：1； 從a點(diǎn)到b點(diǎn)依次發(fā)生的第一個(gè)反應(yīng)的離子方程式是CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①用△G=△H-T•△S來(lái)判斷反應(yīng)能否發(fā)生；
②向TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）反應(yīng)體系中加C，能反應(yīng)掉生成物O₂，從化學(xué)平衡移動(dòng)的角度分析；
（2）為防止產(chǎn)品TiCl₄被氧化，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)先點(diǎn)燃A處的酒精燈，使四氯化碳揮發(fā)，排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣，待C中燒瓶里有液滴出現(xiàn)時(shí)再點(diǎn)燃B處的酒精燈，B中裝置在加熱條件下，發(fā)生反應(yīng)TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔點(diǎn)較低，C裝置使這兩種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，二者能互溶，應(yīng)該采用蒸餾方法分離，D裝置連接空氣，由于TiCl₄遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧，發(fā)生水解反應(yīng)，故D裝置作用是防止空氣中水蒸進(jìn)入．
①為防止產(chǎn)品TiCl₄被氧化，先排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣；
②水浴加熱優(yōu)點(diǎn)是受熱均勻，能為反應(yīng)提供穩(wěn)定的CCl₄蒸汽流；
③TiO₂和 CCl₄為在加熱條件下生成TiCl₄和CO₂；
④CCl₄、TiCl₄二者能互溶，應(yīng)該采用蒸餾方法分離；
⑤向NaOH和Ba（OH）₂的混合稀溶液中通入CO₂，開(kāi)始產(chǎn)生沉淀，故a點(diǎn)之前發(fā)生反應(yīng)：CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，a～b之間先后發(fā)生的反應(yīng)為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，總反應(yīng)為：NaOH+CO₂═NaHCO₃，b～c之間發(fā)生反應(yīng)：BaCO₃+H₂O+CO₂═Ba（HCO₃）₂，由方程式可知生成碳酸鋇沉淀與碳酸鋇溶解消耗二氧化碳的體積相等，根據(jù)氫氧化鋇、氫氧化鈉消耗二氧化碳體積計(jì)算溶液中Ba（OH）₂和NaOH的濃度之比．

解答 解：（1）①TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（1）+O₂（g）△H=+151kJ/mol該反應(yīng)中，反應(yīng)物有2mol氣體，生成物只有1mol氣體，△S＜0，又△H＞0，則△G=△H-T•△S＞0，故反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，因?yàn)榇朔磻?yīng)中△H＞0，△S＜0，△G=△H-T•△S＞0，故此反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；
②在反應(yīng)TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）中，加入C能和O₂反應(yīng)C（s）+O₂（g）=CO₂（g），降低了O₂的濃度，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)就可以進(jìn)行了，
故答案為：加入的碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)，減小了產(chǎn)物O₂的濃度，使 TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，使反應(yīng)能夠順利進(jìn)行；
（2）為防止產(chǎn)品TiCl₄被氧化，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)先點(diǎn)燃A處的酒精燈，使四氯化碳揮發(fā)，排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣，待C中燒瓶里有液滴出現(xiàn)時(shí)再點(diǎn)燃B處的酒精燈，B中裝置在加熱條件下，發(fā)生反應(yīng)TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），CCl₄、TiCl₄熔點(diǎn)較低，C裝置使這兩種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，二者能互溶，應(yīng)該采用蒸餾方法分離，D裝置連接空氣，由于TiCl₄遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧，發(fā)生水解反應(yīng)，故D裝置作用是防止空氣中水蒸進(jìn)入．
①為防止產(chǎn)品TiCl₄被氧化，先排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣，
故答案為：先排盡系統(tǒng)（裝置）中的空氣；
②水浴加熱優(yōu)點(diǎn)是受熱均勻，能為反應(yīng)提供穩(wěn)定的CCl₄蒸汽流，
故答案為：受熱均勻，能為反應(yīng)提供穩(wěn)定的CCl₄蒸汽流；
③TiO₂和 CCl₄為在加熱條件下生成TiCl₄和CO₂，
故答案為：TiO₂+CCl₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+CO₂↑；
④CCl₄、TiCl₄二者能互溶，應(yīng)該采用蒸餾方法分離，
故答案為：蒸餾；
⑤向NaOH和Ba（OH）₂的混合稀溶液中通入CO₂，開(kāi)始產(chǎn)生沉淀，故a點(diǎn)之前發(fā)生反應(yīng)：CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，a～b之間先后發(fā)生的反應(yīng)為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，總反應(yīng)為：NaOH+CO₂═NaHCO₃，b～c之間發(fā)生反應(yīng)：BaCO₃+H₂O+CO₂═Ba（HCO₃）₂，
從圖中可知：氫氧化鋇、氫氧化鈉消耗二氧化碳體積分別為5L、5L，結(jié)合方程式CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，NaOH+CO₂═NaHCO₃可知溶液中Ba（OH）₂和NaOH的濃度之比為1：1，
a點(diǎn)到b點(diǎn)依次發(fā)生的第一個(gè)反應(yīng)的離子方程式是：CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；
故答案為：1：1；CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)制備方案，明確原理是解題關(guān)鍵，側(cè)重考查學(xué)生裝置的分析評(píng)價(jià)，注意對(duì)題目信息的提取與應(yīng)用，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，題目難度中等．