Question

（15分）2014年德美科学家因开发超分辨荧光显微镜获诺贝尔化学奖，他们开创性的成就使光学显微镜分辨率步入了纳米时代。

Ⅰ．在浓CaCl₂溶液中通入NH₃和CO₂，可以制得纳米级碳酸钙。下图所示A～E为实验室常见的仪器装置（部分固定夹持装置略去），请根据要求回答问题。

（1）实验室若用NH₄Cl和熟石灰作试剂来制取、收集干燥的NH₃，请选择装置并按气流方向连接各仪器接口       （填装置接口顺序），若要制取、收集干燥的CO₂，则需选用上述仪器装置中的    （填装置序号）。

（2）向浓CaCl₂溶液中通入NH₃和CO₂气体制纳米级碳酸钙时，应先通入的气体是  。试写出制纳米级碳酸钙的离子方程式            。

Ⅱ．纳米TiO₂在涂料、光催化、化妆品等领域有着极其广泛的应用。

（3）制备TiO₂的常见方法：将TiCl₄水解产物加热脱水生成TiO₂。已知常温下Ti（OH）₄的K_sp＝7.94×10^－54，测得TiCl₄水解后溶液常温下的pH＝2，则此时溶液中：c （Ti⁴⁺）＝           。

（4）用氧化还原滴定法测定TiO₂的质量分数：一定条件下，将TiO₂溶解并还原为Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示剂，用NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺。配制NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液时，使用的仪器除天平、药匙、玻璃棒、烧杯、量筒外，还需要右图中的_______（填字母代号）。

（5）滴定终点的现象是                  。

（6）滴定分析时,称取TiO₂（摩尔质量为M g/mol）试样w g，消耗c mol/L NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液V mL，则试样中TiO₂质量分数表达式为             。

Ⅲ．（7）纳米材料具有很多特殊的优良性能，其颗粒大小一般在1～100 nm之间。试设计简单的实验方案，判断Ⅰ、Ⅱ实验中所得样品颗粒是否为纳米级             。

Answer

（1）befg（h），ACE；（2）NH3 ，CaCl2+CO2+2NH3+H2O＝CaCO3↓+2NH4Cl（无“↓”不扣分）；

（3）7.94×10－6 mol·L－1；（4）ac；（5）溶液变为红色，且半分钟内不变色；（6）cVM/1000w ；（7）取少量样品和水混合形成分散系，用一束光照射，若出现一条光亮的通路，则是纳米级，否则不是。

【解析】

试题分析：Ⅰ.（1）制取氨气根据题意，用NH4Cl和Ca（OH）2制取，2NH4Cl＋Ca（OH）2=CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，干燥氨气用碱石灰干燥，因为氨气的密度小于空气的密度，收集氨气用向下排空气法收集，仪器连接顺序是befg（h），制取CO2用碳酸钙和盐酸反应制取，CO2用浓硫酸干燥，因为CO2的密度大于空气的，收集时用向上排空气法，所用的仪器装置是ACE；（2）应先通入氨气，因为氨气极易溶于水，且水溶液显碱性，CO2的溶解度较小，且水溶液显酸性，这样为了更好的吸收CO2，2NH3＋CO2＋H2O=（NH4）2CO3，CaCl2＋（MH4）2CO3=CaCO3↓＋2NH4Cl，两式合并为CaCl2+CO2+2NH3+H2O＝CaCO3↓+2NH4Cl；（3）Ti（OH）4（s）Ti4＋（aq）＋4OH－（aq），c（Ti4＋）×c4（OH－）=Ksp，c（H＋）×c（OH－）=Kw，两式联立解得c（Ti4＋）=7.94×10－6 mol·L－1；（4）配制溶液常用仪器是容量瓶、天平、药匙、玻璃棒、烧杯、量筒、胶头滴管，故还需要容量瓶、胶头滴管，选项ac正确；（5）Ti3＋＋Fe3＋=Ti4＋＋Fe2＋，用硫氰化钾作指示剂，滴定到终点的标志：溶液变为红色，且半分钟内不变色；（6）根据（5）反应的方程式，n（TiO2）=n（Ti4＋）=n（Fe3＋）=V×10－3×cM/w=cVM/1000w ；（7）颗粒大小在1～100nm之间的体系属于胶体，区分胶体和溶液用丁达尔现象，具体操作：取少量样品和水混合形成分散系，用一束光照射，若出现一条光亮的通路，则是纳米级，否则不是。

考点：考查气体的制备、干燥、溶度积的计算、滴定实验、胶体等知识。