题目内容

8．在电子工业中利用镁制取硅的反应为2Mg+SiO2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+Si，同时会发生副反应：2Mg+Si$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷），SiH4在常温下是一种不稳定、易自燃的气体．图是进行Mg与SiO2反应的实验装置．试回答下列问题：

（1）由于O2和H2O（g）的存在对该实验有不良影响，实验中应通入X气体作为保护气．在A、B、C三种仪器中反应开始前的试剂分别是：A①，B⑥，C②（填序号）．
①稀硫酸      ②浓硫酸      ③稀盐酸      ④石灰石      ⑤纯碱      ⑥锌粒
（2）实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是防止加热条件下H2与空气混合爆炸；
当反应引发后，移走酒精灯，反应能继续进行，其原因是Mg与SiO2的反应是放热反应．
（3）反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为：①Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑，②SiH4+2O2═SiO2+2H2O．
（4）这样制得的硅会混有杂质（如SiO2等）而称粗硅，有人设计了如下流程进行提纯

相关物质的性质如下：
物质SiSiCl4
沸点/℃235557.6
操作（I）的名称是蒸馏．涉及的化学反应方程式有：Si+2Cl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl4；SiCl4+2H2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+4HCl．

分析 Mg为活泼金属，在空气中点燃可以和O2、CO2、H2O反应，在工业中利用镁制取硅：需排尽装置中的空气，实验中应通入气体X作为保护气，X由稀硫酸制得，根据题干（1）信息可知，用锌和稀硫酸制得的氢气排空装置中的空气，氢气和空气的混合气体燃烧会发生爆炸，所以反应开始前应该先通氢气排尽装置中的空气，X为氢气，通过浓硫酸进行干燥，当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，Mg与SiO2反应是放热反应，反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸发生Mg2Si+4HCl═2MgCl2+SiH4↑，SiH4+2O2═SiO2+2H2O．
（1）Mg可以与CO2、N2发生化学反应，Mg与氢气不能发生反应；制备氢气用稀硫酸和锌粒，通过浓硫酸干燥；
（2）不纯的氢气燃烧会发生爆炸；Mg与SiO2反应的条件是加热，反应的条件由反应放热维持；
（3）Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷），SiH4在常温下是一种不稳定、易自燃的气体；
（4）硅会混有杂质（如SiO2等）而称粗硅，Si与氯气反应生成生成四氯化硅，SiCl4沸点低（57.6），使SiCl4从装置B中逸出与H2充分混合，应该使四氯化硅转化为气体，再用氢气还原四氯化硅得到纯净的Si．

解答 解：（1）Mg可以与CO2、N2发生化学反应，Mg与氢气不能发生反应，因此可用氢气作为保护气；选用的药品为稀硫酸和锌粒，再用浓硫酸干燥，所以C为浓硫酸；
故答案为：①；⑥；②；
（2）装置中有空气，若不用氢气排空装置中的空气，氢气和空气的混合气体燃烧会发生爆炸，所以反应开始前应该先通氢气排尽装置中的空气；Mg与SiO2反应的条件是加热，停止加热后，反应的条件由反应放出的热量维持，
故答案为：防止加热条件下H2与空气混合爆炸；Mg与SiO2的反应是放热反应；
（3）Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷），其反应的方程式为：Mg2Si+4HCI=2MgCl2+SiH4↑，SiH4常温下是一种不稳定、易自燃的气体，反应的方程式为SiH4+2O2═SiO2+2H2O，所以往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星；
故答案为：Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑；SiH4+2O2═SiO2+2H2O；
（4）硅会混有杂质（如SiO2等）而称粗硅，Si与氯气反应生成生成四氯化硅，则反应的方程式为：Si+2Cl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl4，再用氢气还原四氯化硅得到纯净的Si，其反应的方程式为：SiCl4+2H2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+4HCl，SiCl4沸点低（57.6），使SiCl4从装置中逸出与H2充分混合，应该使四氯化硅转化为气体，所以对生成四氯化硅的装置进行蒸馏，得到纯净的四氯化硅，
故答案为：蒸馏；Si+2Cl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl4、SiCl4+2H2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+4HCl．

点评 本题考查了物质的制备原理和装置选择、实验步骤的设计分析判断，把握物质的性质是解题关键，题目难度中等，侧重于考查学生的实验探究能力．

练习册系列答案
相关题目
6．某同学通过一系列实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到目的是（　　）
A．将铜粉与硫粉混合均匀加热以制取CuS
B．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加水以观察CuSO4溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO
D．向淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热，再加少量新制Cu（OH）2并加热，产生砖红色沉淀
19．用已知浓度的盐酸滴定由NaOH固体配成的溶液时，下列操作会使滴定结果偏低的是（　　）
A．NaOH固体称量时间过长B．盛放标准盐酸的滴定管用碱液润洗
C．用酚酞作指示剂D．固体NaOH中含有Na2O杂质
16．电解制金属锰的阳极泥中主要含有MnO2，MnO等．利用该阳极泥生产MnO2的工艺流程如下：

已知：①部分物质的溶解性或Ksp如表：
物质MnSO4Mn（OH）2MnO2
溶解性或Ksp易溶1.9×10-13难溶
②Na2MnO4，在pH≤7的环境中，易歧化为MnO2和高锰酸钾．
回答下列问题：
（1）电解MnSO4溶液时，阴极为Mn2+得电子被还原为金属Mn，阳极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+．
电解过程中溶液的pH不能过高，也不能过低，需要控制电解液的pH≈6.8，原因是pH过高，Mn2+生成Mn（OH）2，pH过低时，阴极上氢离子放电．
（2）步骤①中+2价Mn和+4价Mn均被氧化为Na2MnO4，写出该步骤中+2价Mn反应的化学方程式：MnO+2NaOH+O2$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$Na2MnO4+H2O．
（3）步骤②一④均采用pH≈10的环境，目的是提高产品中Mn的转化率．
（4）步骤④中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，则氧化产物的化学式为CO2．该反应中除氧化产物和还原产物的另外一种生成物的化学式为NaOH．
（5）步骤⑥为烘干操作，所用的烘干设备可能是BD（填字母）．
A．鼓风机         B．烘干机         C．压榨机         D．红外烘箱
（6）产率与步骤①煅烧温度的关系如图所示：

步骤①最好选用的煅烧温度约为B°C（填字母）．
A.340            B.460          C.490           D.550．
3．某实验小组用下图所示的装置制备一硝基甲苯（含邻硝基甲苯和对硝基甲苯）：
反应原理：
实验步骤：①配制浓硫酸与浓硝酸（按体积比1：3）的混合溶液（即混酸）40mL；
②在三颈瓶中加入15mL（13g）甲苯，
③按图所示装好药品，并装好其他仪器；
④向三颈瓶中加入混酸，并不断搅拌（磁力搅拌器以略去）；
⑤控制温度约为50℃，反应大约10min，三颈瓶底有大量淡黄色油状液体出现；
⑥分离出一硝基甲苯．
实验中可能用到的数据：
密度g•cm-3沸点/℃溶解性
甲苯0.866110.6不溶于水，易溶于硝基甲苯
产品11.286237.7不溶于水，易溶于液体烃
产品21.162222不溶于水，易溶于液体烃
请回答下列问题：
（1）配制40mL混酸的操作是将30mL浓硝酸注入烧杯中，再沿烧杯内壁注入10mL浓硫酸，边加边搅拌；
（2）本实验中浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂；
（3）装置中仪器A使用前须清洗干净并检漏；
（4）分离产品的方案如下：

操作2必需的玻璃仪器共有6种．
（5）若最终得到产品1和产品2的总质量为17.42g，则一硝基甲苯的总产率是89.99%（保留两位小数）
13．某实验小组模拟工业上用SiHCl3与H2在1357K的条件下制备高纯硅，实验装置如下图所示 （加热及夹持装置略去）：

已知SiHCl3的性质如下：沸点为33.0℃；密度为1.34g•mL-1；易溶于有机溶剂；能与H2O剧烈反应；在空气中易被氧化．
请回答：
（1）装置C中的烧瓶用水浴加热的优点为受热均匀，使产生SiHCl3的气流平稳．
（2）装置D中发生反应的化学方程式为SiHCl3+H2 $\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl．
（3）装置E的作用为①吸收HCl、②吸收未反应的SiHCl3、③防倒吸．
（4）相关实验步骤如下，其合理顺序依次为②①⑤④③（填入所缺序号）．
①加热装置C，打开K2，滴加6.5mL SiHCl3；
②打开K1，装置A中反应一段时间；
③关闭K1；
④关闭K2；
⑤加热装置D至1357K．
（5）计算SiHCl3的利用率：对装置E中液体进行分液操作，取上层液体20.00mL转移至锥形瓶中，滴加几滴酚酞溶液．用0.1mol•L-1盐酸滴定，达到滴定终点时，消耗盐酸20.00mL．达到滴定终点的现象是溶液红色褪去，且半分钟不变色．SiHCl3的利用率为93.34%（保留两位小数）．
（6）设计实验，检验SiHCl3与水反应后，所得溶液中存在盐酸取两份溶液，一份加入石蕊试液，变红色，说明含有氢离子；另一份加入硝酸酸化的硝酸银溶液，出现白色沉淀，则证明含有氯离子，由此可以鉴定含有盐酸．
20．氯仿（CHCl3）常用作有机溶剂和麻醉剂，常温下在空气中易被氧化．实验室中可用热还原CCl4法制备氯仿，装置示意图如图1及有关数据如下：

物质相对分子质量密度/（g•mL-1）沸点/℃水中溶解性
CHCl3119.51.5061.3难溶
CCl41541.5976.7难溶
实验步骤：
①检验装置气密性；
②开始通入H2； 
③点燃B处酒精灯；
④向A处水槽中加入热水，接通C处冷凝装置的冷水；   
⑤向三颈瓶中滴入20mLCCl4；
⑥反应结束后，停止加热，将D处锥形瓶中收集到的液体分别用适量NaHCO3溶液和水洗涤，分出的产物加入少量无水CaCl2固体，静置后过滤；
⑦对滤液进行蒸馏纯化，得到氯仿15g．请回答：
（1）若步骤②和步骤③的顺序颠倒，则实验中产生的不良后果可能为加热时氢气遇氧气发生爆炸；生成的氯仿被氧气氧化．
（2）B处中发生主要反应的化学方程式为CCl4+H2$→_{△}^{催化剂}$CHCl3+HCl．
（3）C处中应选用的冷凝管为如图2B（填选项字母）；冷水应从该冷凝管的a（填“a”或“b”）口接入．
（4）步骤⑥中，用水洗涤的目的为洗掉NaHCO3和NaCl．
（5）该实验中，氯仿的产率为61%．
（6）氯仿在空气中能被氧气氧化生成HCl和光气（COCl2），该反应的化学方程式为2CHCl3+O2=2COCl2+2HCl．
17．高铁酸钾（K2FeO4）是一种集氧化、吸附、速凝于一体的新型多功能水处理剂．其生产流程如图1：

（1）配制KOH溶液时，是在每100mL水中溶解61.6g KOH固体（该溶液的密度为1.47g/mL），它的物质的量浓度是10mol/L．
（2）在溶液I中加入KOH固体的目的是AC（填编号）．
A．与溶液I中过量的Cl2继续反应，生成更多的KClO
B．KOH固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率
C．为下一步反应提供碱性的环境
D．使副产物KClO3转化为 KClO
（3）每制得59.4克K2FeO4，理论上消耗氧化剂的物质的量为0.45mol．从溶液II中分离出K2FeO4后，还得到副产品KNO3、KCl，写出③中反应的离子方程式：2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O．
（4）高铁酸钾（K2FeO4）溶液中加入稀硫酸，溶液变为黄色，并有无色气体产生，该反应的离子方程式是4FeO42-+20 H+=4Fe3++3O2↑+10H2O．
（5）从环境保护的角度看，制备K2FeO4较好的方法为电解法，其装置如图2所示．电解过程中阳极的电极反应式为Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O．
18．下列有关实验的叙述正确的是（　　）
A．闻未知液体气味时，应该将试剂瓶口距离口鼻远一些，用手轻轻扇动
B．将碘单质从碘的CCl4溶液中分离出来可用如图甲所示实验装置
C．用容量瓶配制好一定浓度的某溶液后，塞紧瓶塞并在容量瓶上贴上标签
D．配制500 mL 0.4 mol•L-1NaCl溶液，必要的仪器如图乙所示

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