Question

15．作为推行“低碳经济”的重要科技进步．太阳能光伏发电最关键的材料是高纯硅，三氯甲硅烷（SiHCl₃）还原法是当前制备高纯硅的主要方法．生产流程示意图如图1

（1）石英砂的主要成分是SiO₂，工业上制取粗硅的化学方程式为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2R，R的化学式为CO，该反应中氧化剂是SiO₂，该反应的基本类型是置换反应．
（2）整个制备过程必须达到无水无氧．在H₂还原SiHCl₃过程中若混入O₂，可能引起的后果是硅被氧化得不到高纯硅或发生爆炸．为了达到绿色化学和资源综合利用的目的，在生产过程中物质A需要循环使用，A的化学式是HCl．
（3）根据元素周期表可知，原子序数为6的碳原子和原子序数为14的硅原子最外层电子数均为4，则常温下硅的化学性质不活泼（填“活泼”或“不活泼”）．
（4）A～J都是初中化学中的常见物质，其中D、E对维持自然界生命活动至关重要，A、B为黑色固体，C是红色金属单质，H为气体．它们的相互转化关系如图2所示，请回答下列问题：
①写出下列物质的化学式：BCuO；IFeSO₄．
②反应①②③④⑤中属于置换反应的为①③（填序号）．
③写出反应②的化学方程式：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．

Answer 1

分析 （1）根据质量守恒定律的微观解释：化学反应前后原子的种类和数目不变．可知在化学反应方程式中，反应物和生成物中所含的原子的种类和数目相同．由此可推断化学反应方程式中反应物或生成物的化学式；根据反应各类型的特点判断；
（2）根据氢气与氧气反应的情况和Si与氧气反应的情况考虑；对照流程图和物质A，进行分析即可；
（3）根据元素的性质与原子结构中最外层电子数目的关系分析．碳原子和硅原子最外层电子数均为4，其化学性质相似，不易得电子，也不易失电子，故不活泼；
（4）由“C是红色金属单质”可知，C为Cu，由D→J的反应的特殊现象可以推断，D为CO₂，J为CaCO₃；然后根据已知条件和图示的关系，逐一分析，即可正确解答．

解答 解：（1）根据质量守恒定律和化学方程式可得，R的化学式中应含有Si的个数为：（1-1）÷2=0，应含有O的个数为：2÷2=1，应含有C的个数为：2÷2=1．故可判断R的化学式为：CO；化学方程式为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO，是一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应，属于置换反应，在反应中，二氧化硅失去氧，具有氧化性，属于氧化剂；故填：CO；SiO₂；置换反应；
（2）在H₂还原SiHCl₃过程中若混入O₂，还原出的Si会被再次氧化，得不到纯净的Si，氢气与氧气会发生反应并放出大量热量，会引起爆炸，所以整个制备过程必须达到无水无氧；根据生产流程中可知：由粗硅到SiHCl₃和由SiHCl₃到高纯硅是两个相反的过程，因此，这些过程中，H₂、HCl可以循环使用；A是氯化氢，故填：硅被氧化得不到高纯硅或发生爆炸；HCl；
（3）由于碳元素的化学性质不活泼，而硅元素的最外层电子数与碳相同，则其化学性质也应较稳定，故常温下硅的化学性质不活泼；故填：不活泼；
（4）①由图示可以推断，D→J的化学方程式为：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O，故D为CO₂，J为CaCO₃；
②因为D为CO₂，“A为黑色固体，E对维持自然界生命活动至关重要”，故可推断A为C，E为O₂，A→D的化学方程式为：C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂；
③因为A为C，D为CO₂，由“C是红色金属单质，B为黑色固体”可知，C为Cu，B为CuO，故反应①的化学方程式为：C+2CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂，属于置换反应；
④因为D为CO₂，A为C，故D→F的化学方程式为：CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO，故F为CO；
⑤因为F为CO，故F→G+D的化学方程式为：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，故G为Fe；
⑥因为G为Fe，故G→H+I的化学方程式为：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，（属于置换反应）由题意“H为气体”可以判断H为H₂，则I为FeSO₄．
实验室用石灰石和稀盐酸反应生成氯化钙和水和二氧化碳；
故答案为：①CuO；FeSO₄；
②①③；
③3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．

点评 推断题是化学题中的一种常见题型，它涉及的知识面广，题型多样，变化复杂，条件隐蔽，容易出错，是一种既考查知识，又考查能力的题型．解题的关键是在审题的基础上找准解题的突破口．经过分析，归纳，推理，得出正确的答案．