Question

14．“材料”的发现和使用往往会极大地推动生产、生活的发展，一些材料的出现甚至具有里程碑式划时代的意义．请你回答以下问题：
（1）无机非金属材料，高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”．这种材料可以按下列方法制备：
SiO₂$→_{高温}^{①C}$Si（粗）$→_{300℃}^{②HCl}$SiHCl₃$→_{1000℃-1100℃}^{③过量H_{2}}$Si（纯）
①写出步骤①的化学方程式SiO₂+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+2CO↑．
②步骤②经过冷凝得到的SiHCl₃（沸点33.0℃）中含有少量的SiCl₄（沸点57.6℃）和HCl（沸点-84.7℃），提纯SiHCl₃的主要化学操作的名称是蒸馏或分馏；SiHCl₃和SiCl₄一样遇水可发生剧烈水解，已知SiHCl₃水解会生成两种气态产物，请写出其水解的化学方程式SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl．
③请写出二氧化硅与氢氟酸反应的化学方程式SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O．
（2）磁性材料．这种材料一般含有铁元素，铁是用途最为广泛的金属，也较为活泼，所以从它的使用开始就不断实施着对它的防护．最常见的铁制品腐蚀就是电化学腐蚀，请出最为普遍的电化学腐蚀的负极反应式Fe→Fe²⁺+2e^-．
（3）激光材料．我国是激光技术先进的国家，红宝石（Al₂O₃）是最早用于产生激光的材料，它是一种两性氧化物，请用离子方程式加以说明：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^-+3H₂O═2[Al（OH）₄]^-．
（4）纳米材料．胶体是一种物质以“纳米”颗粒的形式分散到另一种物质里形成的分散系，胶体粒子的直经大约是1nm～100nm，三氯化铁溶液可以加速伤口止血，请简述原因氯化铁是电解质，使血液胶体聚沉．
（5）高分子材料．可以分成无机高分子材料和有机高分子材料．一种新型高效净水剂
[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m就属于无机高分子材料，广泛应用于生活用水和工业污水处理，其中铁元素的化合价为+3价．一种合成纤维腈纶，又称“人造羊毛”，由丙烯腈（CH₂=CH-CN）为原料聚合生成，请写出生成该有机高分子材料的化学方程式．

Answer 1

分析 （1）①二氧化硅与碳反应生成一氧化碳和硅；
②分离沸点不同的相互溶解的液体可以使用蒸馏法；SiHCl₃水解生成硅酸、氢气和氯化氢；
③二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水；
（2）铁制品发生的电化学腐蚀中，金属铁作负极发生氧化反应；
（3）两性氧化物是指：既能够与酸又能够与碱反应，生成产物都是盐和水；
（4）胶体的分散质微粒直径介于1nm～100nm之间，可溶性电解质溶液能使胶体聚沉；
（5）依据化合物中各元素化合价代数和为0判断铁的化合价；丙烯腈（CH₂=CH-CN）中的双键能发生加聚反应．

解答 解：（1）①二氧化硅与碳高温下反应生成硅和一氧化碳，方程式：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+2CO↑；
故答案为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+2CO↑；
②依据题意可知：经过冷凝得到的SiHCl₃（沸点33.0℃）中含有少量的SiCl₄（沸点57.6℃）和HCl（沸点-84.7℃），利用物质沸点不同，可以通过蒸馏或者分馏的方法分离提纯SiHCl₃，SiHCl₃水解生成硅酸、氢气和氯化氢，反应方程式为：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑，
故答案为：蒸馏或分馏；SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑；
③氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，方程式：SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O；
故答案为：SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O；
（2）在铁制品的电化学腐蚀中，金属铁作负极发生氧化反应，电极反应为：Fe→Fe²⁺+2e^-，
故答案为：Fe→Fe²⁺+2e^-；
（3）氧化铝与盐酸反应生成氯化铝和水，方程式：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；氧化铝与碱反应生成四羟基合铝酸钠，方程式：Al₂O₃+2OH^-+3H₂O═2[Al（OH）₄]^-；
故答案为：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^-+3H₂O═2[Al（OH）₄]^-；
（4）胶体的分散质微粒直径范围：1nm～100nm，胶体聚沉的条件：加热、搅拌、加入电解质等，氯化铁是电解质，能使血液胶体聚沉而止血，
故答案为：1nm～100nm；氯化铁是电解质，使血液胶体聚沉；
（5）[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m中铝元素显+3价，氢氧根为-1价，各元素的化合价代数和为0，故铁元素的化合价为+3价，丙烯腈（CH₂=CH-CN）中的双键能发生加聚反应，方程式为：，
故答案为：+3；．

点评 本题考查了硅的制备和提纯及性质，胶体的性质，两性氧化物的性质，金属的腐蚀与防护，高分子反应，熟悉相关知识即可解答，题目难度不大．