Question

19．单质硅是半导体材料，也是目前太阳能发电的核心材料．工业上利用SiO₂为原料，用还原剂还原可制备单质硅．某学校探究小组利用如图所示装置，探究焦炭还原SiO₂制备单质硅及过程中生成的气体产物的成分．
已知反应：CO+PdCl₂+H₂O=CO₂+2HCl+Pd↓，溶液变浑浊，金属钯呈黑色．回答下列问题：
（1）实验前需要先在装置中通入一段时间的He，其作用是排尽装置A中的空气
（2）装置B的作用是cd   （填字母）
a．收集气体  b．检验气体  c．安全瓶  d．防止液体倒吸入装置A中
（3）经测定，装置A中产生CO₂，则装置C和装置D分别盛放澄清石灰水和PdCl₂溶液，若焦炭和SiO₂足量，则装置C中的实验现象为先出现白色沉淀，后沉淀溶解，PdCl₂溶液中出现黑色浑浊，则装置A中发生反应的化学方程式为SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑、SiO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+CO₂↑
（4）装置D的出气导管放置在酒精灯火焰上方，目的是燃烧有毒尾气CO，防止污染环境
（5）试设计实验证明碳、硅的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱：向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂，生成白色沉淀，证明碳酸酸性大于硅酸．

Answer 1

分析 对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究，碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验时要将装置中的空气排尽，利用氦气排净装置内的空气，关闭活塞，点燃酒精灯发生反应生成一氧化碳，装置B为安全瓶，根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳；通过装置D中PdCl₂溶液检验一氧化碳生成的生成，最后点燃，防止CO污染空气，以此解答该题．

解答 解：（1）实验前通He的目的是排尽装置A中的空气，以避免氧气与碳反应，故答案为：排尽装置A中的空气；
（2）若缺少装置B，则装置A与装置C直接相连，C中的液体会倒吸进入装置A中，导致热的试管炸裂，则起到安全瓶的作用，故答案为：cd；
（3）CO₂与澄清石灰水反应先生成CaCO₃白色沉淀，继续反应生成Ca（HCO₃）₂，沉淀溶解，装置C中的实验现象为先出现白色沉淀，后沉淀溶解，由装置C、D中现象可知，反应生成CO和CO₂，故反应的化学方程式为SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑、SiO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+CO₂↑，
故答案为：澄清石灰水；先出现白色沉淀，后沉淀溶解；SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑、SiO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+CO₂↑；
（4）装置A中反应生成的CO有毒，可通过燃烧使其转化为无毒的物质，防止污染环境，故答案为：燃烧有毒尾气CO，防止污染环境；
（5）碳酸与Na₂SiO₃反应生成硅酸的原理是强酸制弱酸，可向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂，生成白色沉淀，证明碳酸酸性大于硅酸，故答案为：向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂，生成白色沉淀，证明碳酸酸性大于硅酸．

点评 本题考查物质的制备以及性质实验的探究，为高考常见题型和高频考点，侧重考查学生的分析能力、实验能力，注意把握实验的原理、操作的方法以及物质的性质，难度中等．