题目内容
6.单晶硅是信息产业中重要的基础材料.通常用炭在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅.以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图.相关信息:①四氯化硅遇水极易水解;②SiCl4沸点为57.7℃,熔点为-70.0℃.请回答:
(1)写出装置A中发生反应的离子方程式MnO2+4H++2Cl- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O.
(2)装置C中的试剂是浓硫酸;装置F的作用是防止空气中的水进入H中;装置E中的h瓶需要冷却的理由是产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集.
(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中含有铁元素,为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe2+,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定.
①反应的离子方程式:5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O.
②滴定前是否要滴加指示剂?否(填“是”或“否”),请说明理由KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点.
③滴定前检验Fe3+是否被完全还原的实验操作是取少量还原后的溶液于试管中,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+已完全还原.
分析 制备四氯化硅的实验流程:A中发生二氧化锰与浓盐酸的反应生成氯气,B中饱和实验水除去HCl,C装置中浓硫酸干燥氯气,D中发生Si与氯气的反应生成四氯化硅,由信息可知,四氯化硅的沸点低,则E装置冷却可收集四氯化硅,F可防止空气中的水进入,最后处理含氯气的尾气.
(1)二氧化锰和浓盐酸发生氧化还原反应生成氯化锰、氯气和水;
(2)装置C中的试剂应该吸收水而不能吸收氯气,用浓硫酸干燥氯气;四氯化硅遇水极易水解,F可防止空气中的水进入;产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集;
(3)①KMnO4酸性溶液与Fe2+反应时被还原为Mn2+,Fe2+被氧化为Fe3+,根据化合价升降法配平即可;
②MnO4-转变成Mn2+溶液颜色有紫色变成无色,现象明显,无需滴加指示剂;
③Fe3+遇硫氰酸根离子会反应生成硫氰酸铁血红色,可用KSCN溶液检验铁离子的存在.
解答 解:(1)装置A是氯气发生装置,A中二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水,其离子方程式为MnO2+4H++2Cl- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++2H2O+Cl2↑,
故答案为:MnO2+4H++2Cl- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++2H2O+Cl2↑;
(2)浓盐酸具有挥发性,加热促进挥发,导致制取的氯气中含有氯化氢,为除去氯化氢,装置B中的试剂应该吸收氯化氢而不能吸收氯气,为饱和食盐水,装置C用浓硫酸吸水,四氯化硅遇水极易水解,F可防止空气中的水进入;产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集,
故答案为:浓硫酸;防止空气中的水进入H中;产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集;
(3)①KMnO4酸性溶液与Fe2+反应时被还原为Mn2+,Fe2+被氧化为Fe3+,Mn元素的化合价由+7降到+2,降低5价;Fe元素的化合价由+2升高到+3价,升高1价,最小公倍数为5;再根据质量守恒得到H2O的系数为4,H+的系数为8,离子方程式为:MnO4-+5Fe2++8H+═Mn2++5Fe3++4H2O,
故答案为:MnO4-+5Fe2++8 H+═Mn2++5Fe3++4H2O;
②KMnO4标准溶液本身就是一种指示剂,MnO4-转变成Mn2+溶液颜色有紫色变成无色,KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定时,不需要指示剂,
故答案为:否;KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点;
③Fe3+遇硫氰酸根离子会反应生成硫氰酸铁血红色,证明Fe3+的存在.因此取少量还原后的溶液于试管中,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+已完全还原,
故答案为:取少量还原后的溶液于试管中,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+已完全还原.
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.
A. | 液氯是混合物,氯水是纯净物 | |
B. | 金属钠着火燃烧时,用泡沫灭火器灭火 | |
C. | 铝比铁活泼,所以铝比铁更容易被腐蚀 | |
D. | CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸胶体,所以硅酸的酸性小于碳酸 |
纯净物 | 混合物 | 电解质 | 非电解质 | |
A | 浓盐酸 | 天然气 | 硫酸 | 干冰 |
B | 氢氧化钡 | 蔗糖溶液 | 硫酸钡 | 三氧化硫 |
C | 胆矾 | 石灰水 | 苛性钾 | 碳酸钙 |
D | 硫酸 | 铝合金 | 氯化钠 | 氢气 |
A. | A | B. | B | C. | C | D. | D |
乙酸 | 1-丁醇 | 乙酸丁酯 | |
熔点(℃) | 16.6 | -89.5 | -73.5 |
沸点(℃) | 117.9 | 117 | 126.3 |
密度(g/cm3) | 1.05 | 0.81 | 0.88 |
水溶性 | 互溶 | 可溶(9g/100g水) | 微溶 |
(2)该实验生成物中除了主产物乙酸丁酯外,还可能生成的有机副产物有(写出结构简式)
CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3、CH3CH2CH=CH2.
(3)酯化反应是一个可逆反应,为提高1-丁醇的利用率,可采取的措施是增加乙酸浓度、减小生成物浓度(或移走生成物).
(4)从制备乙酸丁酯所得的混合物中分离、提纯乙酸丁酯时,需要经过多步操作,下列图2示的操作中,肯定需要的化学操作是ac(选填编号).
(5)有机物的分离操作中,经常需要使用分液漏斗等仪器.使用分液漏斗前必须检查是否漏水
或堵塞(填写操作);某同学在进行分液操作时,若发现液体流不下来,其可能原因除分液漏斗活塞堵塞外,还可能分液漏斗上口玻璃塞上的凹槽未与漏斗口上的小孔对准(或漏斗内部未与外界大气相通,或玻璃塞未打开)(写出一点).
A. | 煤 | B. | 石油 | C. | 氢气 | D. | 天然气 |