Question

二氧化钛（TiO₂）广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等，二氧化钛还可作为制备乙酸、钛单质的原料。

Ⅰ．二氧化钛可由以下两种方法制备：

方法1：TiCl₄水解生成TiO₂·xH₂O，过滤、水洗除去其中的Cl^－，再烘干、焙烧除去水分得到胶体TiO₂，此方法制备得到的是纳米二氧化钛。

（1）① TiCl₄水解生成TiO₂·x H₂O的化学方程式为______；

②检验TiO₂·x H₂O中Cl^－是否被除净的方法是___________

方法2：可用含有Fe₂O₃的钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，其中Ti元素化合价为+4价）制取，其主要流程如下：

（2）溶液甲中加入Fe的作用是__________

（3）若要加热FeSO₄．7H₂O晶体得无水硫酸亚铁，除酒精灯、玻璃棒外，还要用到的两种硅酸盐质仪器是__________

Ⅱ．二氧化钛的用途：

（4）以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸。

在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示（实线表示的是催化剂的催化效率，虚线表示的是乙酸的生成速率），250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是______。

（5）TiO₂直接电解法生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的氧化钙，原理如图所示，二氧化钛电极连接电源_____（填“正极”或“负极”），该极电极反应式为__________。石墨极上石墨参与反应产生的气体是_____。

Answer

TiCl4+ （x+2）H2O =TiO2·x H2O+ 4HCl 取最后一次的洗涤滤液1～2 mL于试管中，向其中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀产生，则表明沉淀已洗涤干净。 将溶液中的Fe3+还原为Fe2+ 坩埚 泥三角 温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低 负极 TiO2+4e−=Ti+2O2− CO2（或CO）

【解析】

I．二氧化钛可由两种方法制备，方法一将TiCl4水解得到，由元素守恒得方程式；方法二是将钛铁矿含Fe2O3与过量H2SO4混合，得到TiO2+含Fe3+，再加入过量铁，将Fe3+转化成Fe2+，冷却结晶得到TiO2+和FeSO4·7H2O，制取TiO2；II．TiO2直接电解法生产钛是一种较先进的方法，可根据电解池中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，据此解答。

Ⅰ．（1）①设TiCl4的系数为1，根据元素守恒，TiO2•xH2O的系数为1，HCl的系数为4；再根据O元素守恒，可知H2O的系数为（2+x），方程式为TiCl4+（x+2）H2O=TiO2•xH2O↓+4HCl；答案为TiCl4+（x+2）H2O=TiO2•xH2O↓+4HCl。

②沉淀吸附溶液中的Cl-，根据发生反应：Cl-+Ag+═AgCl↓来判断是否洗净，取最后一次的洗涤滤液1～2 mL于试管中，向其中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀产生，则表明沉淀已洗涤干净；答案为取最后一次的洗涤滤液1～2 mL于试管中，向其中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀产生，则表明沉淀已洗涤干净。

（2）该溶液中含有铁离子，加入Fe能将铁离子转化成亚铁离子且不引进新的杂质，所以铁的作用是：将Fe3+转化为Fe2+；答案为将溶液中的Fe3+转化为Fe2+。

（3）加热FeSO4.7H2O晶体得无水硫酸亚铁，操作为灼烧，需要酒精灯加热，需要坩埚盛放FeSO4.7H2O晶体，需要泥三角稳定坩埚，需要玻璃棒搅拌，需要坩埚钳转移坩埚，除酒精灯、玻璃棒外，还要用到的两种硅酸盐质仪器是坩埚、泥三角；答案为：坩埚、泥三角。

II．（4）在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示．在250℃～300℃之间，乙酸的生成速率降低的原因是：温度在250°C升至300°C时，催化剂的催化效率降低了，虽然升高温度，反应速率要加大，但催化剂催化效率降低的因素超过了温度升高使速率增大的因素，所以乙酸生成速率降低；答案为催化剂催化效率降低的因素超过了温度升高使速率增大的因素，所以乙酸生成速率降低。

（5）电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，和电源负极相连；电极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-；石墨做阳极，失去电子，故产生二氧化碳；答案为：负；TiO2+4e-=Ti+2O2-；CO2；