题目内容

14.晶体硅是一种重要的非金属材料,工业上用碳在高温下还原石英砂(主要成份为含铁、铝等杂质的二氧化硅)得粗硅,粗硅与氛气在450-500℃条件下反应生成四氯化硅,四氯化硅经提纯后与过量H2在1100℃-1200℃条件下反应制得高纯硅.以下是实验室制备SiCl4的装置示意图.
 
实验过程中,石英砂中的铁、铝等杂质也能转化为相应氯化物,SiCl4,A1C13,FeCl3遇水均易水解,有关物质的物理常数见下表:
物质  SiC14  A1C13 FeC13
沸点/℃   57.7-  315
熔点/℃-70.0--
升华温度/℃-   180  300
请回答下列问题:
(1)实验室制备氯气有以下五步操作,其正确操作顺序为④③⑤②①(填标号).
①向烧瓶中装入二氧化锰固体,向分液漏斗中加入浓盐酸
②检查装置的气密性
③把酒精灯放在铁架台上,根据酒精灯火焰确定铁圈高度,固定铁圈,放上石棉
④在烧瓶上装好分液漏斗,安装好导气管
⑤将烧瓶固定在铁架台上
(2)装置A的硬质玻璃管中发生主要反应的化方程式是2C+SiO2+2Cl2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiCl4+2CO↑.装置A.B间导管短且粗的原因是防止生成物中的AlCl3、FeCl3等杂质凝结成固体堵塞导管;验中尾气处理的方法是连接一个加热的装有CuO粉末的反应管.
(3)装置B中e瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氛化硅.在精馏过程中,不可能用到的仪器有CD(填正确答案标号).
A.圆底烧瓶 B.温度计 C.吸滤瓶 D.球形冷凝管 E.接收器
(4)装置D中的Na2SO3的作用主要是吸收未反应完的Cl2请设计一个实验,证明装置D中的Na2SO3已被氧化(简述实验步骤):取少量溶液置于洁净的试管中,向其中滴加稀盐酸至不再产生气体,再向其中滴入氯化钡溶液,若产生白色沉淀,证明亚硫酸钠被氧化.
(5)SiCl4极易水解,其完全水解的产物为H4SiO4(或H2SiO3)和HCl.H2还原SiCl4制得高纯硅的过程中若混入O2,可能引起的后果是可能引起爆炸;硅被氧化得不到高纯硅.

分析 A中发生二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅,由信息可知,四氯化硅的沸点低,则B装置冷却可收集四氯化硅,C可防止防止B右端的水蒸气进入B与四氯化硅反应,造成产物不纯,最后D处理含氯气的尾气.
(1)在实验室中由浓盐酸和二氧化锰制备氯气,按照先下后上,先左后右的原则搭建实验装置,因制备气体,所以需检查装置的气密性,然后装入药品进行制备;
(2)在D装置中二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅和一氧化碳;产物中有AlCl3、FeCl3防止凝结成固体堵塞导管,尾气主要为一氧化碳,可用氧化铜检验;
(3)根据精馏(类似多次蒸馏)原理,精馏过程中不可能用到吸滤瓶和球形冷凝器管;
(4)氯气有强氧化性,亚硫酸根离子有还原性,所以氯气和亚硫酸根离子能发生氧化还原反应生成硫酸根离子、氯离子和氢离子;如果亚硫酸钠被氧化会生成硫酸钠,根据硫酸根离子的检验方法检验即可;
(5)SiCl4极易水解,生成原硅酸和氯化氢,氢气和氧气混合在加热的条件下易发生爆炸,硅易与氧气反应生成氧化硅.

解答 解:(1)加热条件下,实验室用浓盐酸和二氧化锰制取氯气,二者反应生成氯化锰、氯气和水,方程式为:MnO2+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O,搭建实验装置应先下后上,先左后右的原则,所以先在烧瓶上装好分液漏斗,安装好导气管,把酒精灯放在铁架台上,根据酒精灯火焰确定铁圈高度,固定铁圈,放上石棉,将烧瓶固定在铁架台上,因制备气体,所以需检查装置的气密性,然后装入药品,所以检查装置的气密性,向烧瓶中装入二氧化锰固体,向分液漏斗中加入浓盐酸,即正确操作顺序为④③⑤②①,
故答案为:③⑤②①;
(2)在A装置中二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅和一氧化碳,反应为:2C+SiO2+2Cl2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiCl4+2CO↑,生成物中有AlCl3、FeCl3等杂质,凝结成固体堵塞导管,所以装置A.B间导管短且粗,尾气主要为一氧化碳,氧化铜和一氧化碳在加热的条件下反应生成二氧化碳和铜,铜为红色固体,所以可用氧化铜验尾气,
故答案为:2C+SiO2+2Cl2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiCl4+2CO↑;防止生成物中的AlCl3、FeCl3等杂质凝结成固体堵塞导管;连接一个加热的装有CuO粉末的反应管;
(3)吸滤瓶用于减压过滤装置中,与精馏(类似多次蒸馏)无关,球形冷凝管含有球形部分区域,不适合精馏,蒸馏需圆底烧瓶盛放待蒸馏的液体,需温度计测量蒸气的温度,需接收器接受馏分,
故答案为:CD;
(4)亚硫酸钠被氧化生成硫酸钠,只有验证硫酸根离子的存在就可证明亚硫酸钠已经被氧化,检验硫酸根离子的存在选用试剂稀盐酸和氯化钡溶液,实验设计如下:取少量溶液置于洁净试管中,向其中加入稀盐酸至不再产生气体,再向其中滴入氯化钡溶液,若产生白色沉淀,证明Na2SO3已被氧化,
故答案为:取少量溶液置于洁净的试管中,向其中滴加稀盐酸至不再产生气体;再向其中滴入氯化钡溶液,若产生白色沉淀,证明亚硫酸钠被氧化;
(5)SiCl4水解反应方程式为:SiCl4+4H2O═H4SiO4↓+4HCl↑,生成原硅酸氯化氢,原硅酸易失去水生成硅酸H2SiO3,H2还原SiCl4制得高纯硅的过程中若混入O2,可能引起爆炸,硅被氧化得不到高纯硅,
故答案为:H4SiO4(或H2SiO3)和HCl;可能引起爆炸;硅被氧化得不到高纯硅.

点评 本题考查制备实验方案的设计,综合了氯气的制法、硅的提纯、SiCl4的制备等实验知识,注意把握制备原理及实验流程中的反应、物质的性质等为解答的关键,侧重分析与实验能力的综合考查,题目难度中等.

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2.在某温度下,工业合成氨反应N2+3H2 $?_{催化剂}^{高温、高压}$2NH3(正反应放热),把氮气和氢气以1:1的物质的量之比混匀后分成两等份,同时分别充入A体积和B体积两个装有催化剂的真空容器中(A、B两容器的容积固定),在保持相同温度的条件下,A、B两个容器的合成氨反应先后达到平衡状态.请回答:
(1)写出该反应的平衡常数表达式$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]×[{H}_{2}]^{3}}$,KA等于KB(选填“大于”、“小于”或“等于”).
(2)欲增大该反应K值,可以采取的措施为B
A  升高温度     B  降低温度     C  增大N2、H2的浓度    D  使用高效的催化剂
(3)分析以下表中数据后,完成下列问题[M(平)表示平衡时混合物的平均相对分子质量]
容器A容器B
M(平)16.7
平衡时N2的转化率20%
达平衡时,容器A中N2的转化率为10%,容器B中M(平)为18.75,容器A(选填“A”或“B”)体积更大.
(4)常温下将氨气溶于水配成0.1mol/L的氨水100mL,此时溶液中$\frac{[{H}^{+}]}{[O{H}^{-}]}$=10-8,则溶液中NH3•H2O的电离程度用电离度表示为1%,水电离出的c(OH-)=10-11mol/L,再向溶液中加水稀释到1L,所得溶液中$\frac{[{H}^{+}]}{[O{H}^{-}]}$增大(填“增大、不变、减小或不确定”)
(5)已知三种酸的电离平衡常数如下表,浓度均为0.1mol/L的NaCN溶液、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液和CH3COONa溶液的pH值分别为a、b、c、d,则a、b、c、d按从大到小的顺序排列为b>a>c>d,写出向NaCN溶液中通入少量CO2气体的离子方程式为CN-+CO2+H2O=HCN+HCO3-
化学式电离常数(298K)
氢氰酸K=4.5×10-10
碳酸K1=4.4×10-7
K2=4.7×10-11
醋酸K=1.75×10-5
19.铝元素在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3、FeO、SiO2)中.工业上用铝土矿制备铝的某种化合物的工艺流程如图1.

(1)在滤液A中加入漂白液,目的是氧化除铁,所得滤液B显酸性.
①检验滤液B中是否还含有铁元素的方法为取少量滤液B,加入KSCN溶液,若不变红,再加入氯水,仍然不变红,说明滤液B中不含铁元素(注明试剂、现象).
②由滤液B制备氯化铝晶体涉及的操作为:边滴加浓盐酸边蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤.
(2)新型铝空气电池具有比能量大、质量轻、无毒和危险性等优点.Al电极易被NaOH溶液腐蚀,这是该电池目前未能推广使用的原因之一,电极被腐蚀的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑.
(3)对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命.图3为铝材表面处理的一种方法
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜,原理是_Al2O3+2OH-═2[AlO2]-+H2O(用离子方程式表示).为将碱洗槽液中铝元素以沉淀形式回收,最好向槽液中加入下列试剂中的b.
a.NH3         b.CO2        c.NaOH      d.HNO3
②以铝材为阳极,在H2SO4 溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,则阳极电极反应为2Al+3H2O-6e-═Al2O3+6H+.取少量废电解液,加入NaHCO3,溶液后产生气泡和白色沉淀,产生沉淀的原因是3HCO3-+Al3+=3CO2↑+Al(OH)3↓.(用离子方程式表示)
6.高锰酸钾是一种用途广泛的强氧化剂,实验室制备高锰酸钾所涉及的化学方程式如下:
MnO2熔融氧化:3MnO2+KClO3+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$3K2MnO4+KCl+3H2O;
K2MnO4歧化:3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2C3


已知KMnO4溶液显绿色.请回答下列问题:
(1)MnO2熔融氧化应放在④中加热(填仪器编号).
①烧杯 ②瓷坩埚 ③蒸发皿 ④铁坩埚
(2)在MnO2熔融氧化所得产物的热浸取液中通入CO2气体,使K2MnO4歧化的过程在如图装置中进行,A、B、C、D、E为旋塞,F、G为气囊,H为带套管的玻璃棒.
①为了能充分利用CO2,装置中使用了两个气囊.当试管内依次加入块状碳酸钙和盐酸后,关闭旋塞B、E,微开旋塞A,打开旋塞C、D,往热K2MnO4溶液中通入CO2气体,未反应的CO2被收集到气囊F中.待气囊F收集到较多气体时,关闭旋塞A、C,打开旋塞B、D、E,轻轻挤压气囊F,使CO2气体缓缓地压入K2MnO4溶液中再次反应,未反应的CO2气体又被收集气囊G中.然后将气囊G中的气体挤压入气囊F中,如此反复,直至K2MnO4完全反应.
②检验K2MnO4歧化完全的实验操作是用玻璃棒蘸取三颈烧瓶内的溶液点在滤纸上,若滤纸上只有紫红色痕迹,无绿色痕迹,表明反应已歧化完全.
(3)利用氧化还原滴定法进行高锰酸钾纯度分析,原理为:
2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O
现称制得的高锰酸钾产品7.245g,配成500mL溶液,用移液管量取25.00mL待测液,用0.1000mol•L-1草酸钠标准溶液液进行滴定,终点时消耗标准液体积为50.00mL(不考虑杂质的反应),则高锰酸钾产品的纯度为87.23%(保留4位有效数字已知M(KMnO4)=158g•mol-1).若移液管用蒸馏水洗净后没有用待测液润洗或烘干,则测定结果将偏小.(填“偏大”、“偏小”、“不变”)

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