一道以“纳米材料:什么是纳米材料
时间：2020-02-23 07:29:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
纳米二氧化钛是近年来发展起来的一种新型高性能材料。在涂料、光催化、化妆品等领域越来越受到人们的关注，现正广泛开发运用。 例题I. 探究二氧化钛的制备 制取纳米TiO2的方法很多，其中可通过TiCl4水解制备，过程为：在冰水浴强力搅拌下，将一定量的TiCl4滴加到溶有HCl和（NH4）2SO4的冰的TiCl4水溶液中，控制TiCl4浓度为1.1 mol/L时撤去冰浴，逐步升温到95℃，恒温水解1 h后，滴加氨水，调节溶液pH约为6，自然冷却后过滤，产物经水洗至无Cl和SO42后，再用乙醇洗涤3遍，高温煅烧2 h制备纳米TiO2。
（1） TiCl4水解生成TiO2 �x H2O的化学方程式为：_______________________________。
（2） 简述升温和调节溶液pH的目的：_________________________________________。
在制备TiO2过程中，需要测定Ti（Ⅳ）的含量。测定时首先取10 mL钛液用水冲稀10倍，加过量铝粉，充分振荡，使其完全反应：Ti（Ⅳ） + Al→Ti3+ + Al3+。过滤后，取出滤液20 mL，向其中滴加2至3滴KSCN溶液，再加5 mL蒸馏水，用酸式滴定管滴加0.1 mol �L1FeCl3溶液，滴定至终点，用去了30 mL的FeCl3溶液。
（3） 滴定终点的现象是___________________________________________。
（4） 原钛液的物质的量浓度为______________。
（5） 若在滴定终点读取滴定管刻度读数时，若俯视标准液液面，则使Ti（Ⅳ）的含量测定结果_______（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。
II. 探究二氧化钛的应用
（6） 纳米二氧化钛可光解挥发性有机污染物（VOCs），若无水蒸气存在，三氯乙烯降解反应为：C2HCl3 + 2O2→2CO2 + HCl + Cl2，若有足够量的降解后的尾气，实验室检验产物中有氯气的简单方法是：______________________；通过质谱仪发现还有多种副反物，其中之一为：，则该有机物核磁共振氢谱有__________个峰。
（7） 利用半导材料TiO2与染料、铂电极及I3和I的混合物作电解质（I2 + II3），可构成染料敏化太阳能电池（DSSCs），工作原理如下图，该电池工作时，正极的电极反应为：______________________。
（8） 在不同的载体（钛片、铝片、陶瓷）表面制备二氧化钛薄膜，来考察不同载体TiO2薄膜光催化使甲基橙脱色，每次光照20 min取一次样，实验结果如下图。
下列说法正确的是 ___________ 。
a. 不同载体，无论何种温度一定是钛片最好
b. 约在520℃时，钛片载体的光催化活性最好
c. 无论何种载体，催化活性总是随温度的升高而升高
d. 不同负载TiO2薄膜的光催化活性不同
解题思路
本题设置基于化学基础，但又不失灵活性, 很好地体现出新教材的理念和高考命题特点。从一定意义上来说，考生在通读题目的过程中，只要大脑中迅速查找到课本中与之相似的知识点，理解命题者的意图，明白出题人要考什么，适时迁移，就能很好地完成此题要求。
（1） 要求学生书写TiCl4水解方程式，虽然题目中描述了较复杂的水解过程，但只要根据题意中的水解原理就能迎刃而解。TiCl4水解，首先考虑是什么离子水解，通过判断，Cl不会发生水解，所以只有Ti4+水解，并水解产物已知为TiO2 �x H2O，不难推出另一产物为HCl。
（2）水解过程中存在着水解平衡，且又是工业制备二氧化钛，必然要考虑化学反应速率问题。所以此题应从化学反应速率和化学平衡的角度来组织语言进行回答，定能得到正确的答案。
（3） 根据滴定实验操作要求：判断滴定终点时，应最后一滴刚好使指示剂颜色发生明显变化，且半分钟内不恢复为原色时即为滴定终点。本题选用指示剂为KSCN，和标准液FeCl3反应的颜色为血红色，当滴入最后一滴FeCl3溶液时，溶液由无色变为血红色，且半分钟内溶液不褪色即为滴定终点。
（4） 滴定过程中，标准液FeCl3主要是Fe3+参与反应，已完全发生反应：Ti（Ⅳ） + Al→Ti3+ + Al3+，此时溶液中只存在Ti3+和 Al3+，而Fe3+不与Al3+发生反应，那必定发生：Fe3+ + Ti3+→Ti（Ⅳ）+ Fe2+，有了这一反应，计算也就简单了，标准液消耗0.1 mol �L1 30 mL，即能算出原钛液10 mL稀释成100 mL之后取出的20 mL中含钛0.003 moL，通过数量关系就能算出原钛液的浓度。
（5）实验时由于操作不当，造成滴定过程中的误差原因很多，如读数误差、操作误差、计算误差、指示剂的选择误差等。本题分析误差时，首先需要考虑到滴定管的刻度读数由上往下是逐渐增大的，其次要注意错误操作读数是在滴定前还是滴定后，注意了这两方面，结果就不难得出了。
（6） 氯气的检验，根据氯气有强氧化性这一性质，通常选用湿润的碘化钾淀粉试纸检验。这个答案有一定的开放性，只要有明显现象的合理答案都可以。核磁共振氢谱只要对有机物的结构对称性进行分析即可正确作答。
（7） 原电池正极物质接受电子，发生还原反应，通过题目文字配合图解，找出能够得到电子的物质，题目中参与电极反应的主要是I2、 I、I3，对这些物质进行正确分析就能得到正确答案：I3 + 2 e3I或I2 +2 e2I。
（8）在不同温度，不同载体的二氧化钛对甲基橙的脱色率是不一样的。从题图中曲线明显能看出并不是钛片一直最好，所以A错；520℃左右，钛片载体的脱色率最高，故B正确；C明显错误，因为随着温度的升高，脱色率有升有降；从图中曲线的差异得出D正确。
参考答案
（1） TiCl4 + （x +2）H2O TiO2 �x H2O↓ + 4HCl
（2） 加快反应速率，促进平衡向水解的方向移动
（3） 溶液变为血红色，且半分钟内溶液不褪色
（4）1.5 mol �L1
（5）偏低
（6）用湿润的碘化钾淀粉试纸检验、或湿润的pH试纸。（或其它合理答案） 3
（7） I3 +2 e 3I或I2 +2 e I
（8） bd
命题策略
本题源于江苏省无锡市2011年度高三化学期末调研测试题（有所改编），该题以二氧化钛为切入点，很好地把化学反应原理中影响化学反应速率的因素及化学平衡移动、电化学基础中的原电池、氧化还原反应滴定终点判断及误差分析、物质的量浓度的计算、元素化合物知识中水解化学方程式的书写、氯气的检验等有机结合起来。试题打破知识块间的界限，强调学科内综合，重点考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力，分析处理题给信息形成结论的能力，运用化学知识解决相关化学工艺问题的能力，对化学事实分析判断的能力。本题紧扣教材，但又高于教材，既是对课本知识的再现，又是对学生能力的提升。
试题具有新颖性，培养学生接受信息的能力。随着新课程的推进，化学问题不再只是脱离实际生产的纸上谈兵，也不是远离现代的陈旧过期信息。“纳米材料”、“敏化太阳能电池”、“光催化”这些新型名词在本题中与学生所学的化学基础知识进行了有机的结合，让学生联系社会实际，将所学知识融会贯通，真正做到理论联系实际，学以致用，考查学生通过多渠道获取信息解决问题等在内的终身学习能力，较好地体现了考试的教育功能。
