Question

纳米TiO₂是一种重要的光催化剂。以钛酸酯Ti(OR)₄为原料制备纳米TiO₂的步骤如下：

①组装装置如图所示，保持温度约为65℃，先将30mL钛酸四丁酯[Ti(OC₄H₉)₄]加入盛有无水乙醇的三颈烧瓶，再加入3mL乙酰丙酮，充分搅拌；

②将含水20%的乙醇溶液缓慢滴入三颈烧瓶中，得到二氧化钛溶胶；

③将二氧化钛溶胶干燥得到二氧化钛凝胶，灼烧凝胶得到纳米TiO₂。

已知：钛酸四丁酯能溶于除酮类物质以外的大部分有机溶剂，遇水剧烈水解；Ti(OH)₄不稳定，易脱水生成TiO₂。回答下列问题：

（1）仪器a的名称是__，冷凝管的作用是__。

（2）加入的乙酰丙酮可以减慢水解反应的速率，其原理可能是__(填字母)。

A.增加反应的焓变

B.增大反应的活化能

C.减小反应的焓变

D.降低反应的活化能

制备过程中，减慢水解反应速率的措施还有_。

（3）步骤②中制备二氧化钛溶胶的化学方程式为__。如图所示实验装置中，可用于灼烧二氧化钛凝胶的是__(填字母)。

（4）测定样品中TiO₂纯度的方法是：精确称取0.2000g样品放入锥形瓶中，加入硫酸和硫酸铵的混合溶液，加强热使其溶解。冷却后，加入一定量稀盐酸得到含TiO²⁺的溶液。加入金属铝，将TiO²⁺全部转化为Ti³⁺。待过量的金属铝完全溶解并冷却后，加入指示剂，用0.1000mol·L^-1NH₄Fe(SO₄)₂溶液滴定至终点。重复操作2次，消耗0.1000mol·L^-1NH₄Fe(SO₄)₂溶液的平均值为20.00mL(已知：Ti³⁺+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺+Fe²⁺+2H⁺)。

①加入金属铝的作用除了还原TiO²⁺外，另一个作用是__。

②滴定时所用的指示剂为__(填字母)。

a.酚酞溶液    b.KSCN溶液    c.KMnO₄溶液    d.淀粉溶液

③样品中TiO₂的质量分数为__%。(Ti相对分子质量为48)

Answer

温度计 冷凝回流 B 用含水20%的乙醇溶液代替水，缓慢滴加 Ti(OC4H9)4+2H2O=TiO2+4C4H9OH a 与酸反应生成氢气，形成氢气氛围，防止Ti3+在空气中被氧化 b 80

【解析】

以钛酸四丁酯[Ti(OC4H9)4]为原料，在三颈烧瓶中反应可得到二氧化钛溶胶，再经过干燥、灼烧即可得纳米TiO2。

（1）由装置图可知，仪器a为温度计；冷凝管可起到冷凝回流的作用；

故答案为：温度计：冷凝回流；

（2）加入催化剂，不能改变焓变（只与反应的始末状态有关），可降低或增大活化能，而该处减缓反应速率，则增加活化能的作用，导致反应速率减小；另外为减慢水解反应速率，还可用含有20%的乙醇溶液代替水，缓慢滴加；

故答案为：B；用含水20%的乙醇溶液代替水，缓慢滴加；

（3）Ti（OC4H9）4发生水解生成TiO2和丁醇，方程式为Ti（OC4H9）4+2H2O=TiO2+4C4H9OH；灼烧二氧化钛凝胶，应在坩埚中进行；

故答案为：Ti（OC4H9）4+2H2O=TiO2+4C4H9OH；a；

（4）①加入铝，可与TiO2+反应生成Ti3+，与酸反应生成氢气，避免Ti3+被氧化；

②用NH4Fe（SO4）2溶液滴定，含有铁离子，可用KSCN做指示剂，滴定终点溶液颜色变为红色；

③根据方程式可得关系式TiO2～Ti3+～Fe3+～NH4Fe（SO4）2，n（NH4Fe（SO4）2）=0.1000mol•L-l×0.02L=0.002mol，则n（TiO2）=0.00200mol，m（TiO2）=0.00200mol×80g/mol=0.16g00，则质量分数为 ；

故答案为：与酸反应生成氢气，形成氢气氛围，防止Ti3+在空气中被氧化； b；80。