题目内容
19．单晶硅是信息产业中重要的基础材料．以石英砂为原料制备硅的过程示意如下：
从资料中查知：粗硅中含铁、铝等杂质；SiCl4熔点为-70℃，沸点57.6℃，在潮湿的空气中能发生水解反应．请回答下列问题：
（1）过程Ⅰ中石英砂的主要成分SiO2与焦炭反应，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为1：2．
（2）过程Ⅱ中的Cl2用电解饱和食盐水制备，制备Cl2的化学方程式是2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl2↑+H2↑．干燥Cl2时，从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑，需将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入到浓H2SO4中．这样冷却的作用是使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水量，保持持续的吸水性，同时减少了放出的热量．
（3）某学习小组模拟过程Ⅲ设计了以下制取纯硅的实验装置（热源及夹持装置略去）．
①装置C用石英管而不用普通玻璃管的原因是高温时普通玻璃管会软化，石英管耐高温．
②使SiCl4从装置B中逸出与H2充分混合，应采取的措施是对B装置进行水浴加热．为防止空气污染，含有SiCl4的尾气要通入盛有NaOH溶液的烧杯中，反应的化学方程式是SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O．
③为保证制备纯硅实验的成功，除检查实验装置的气密性，控制好反应温度、进行尾气处理外，还应对该装置进行的改进是在A与B之间连接一盛有浓硫酸的洗气瓶或盛有碱石灰的干燥管．如果只按如图装置进行实验，装置B中除产生气泡和液面下降外，还可观察到的现象是B中液面上方产生少量白雾，液体中有少量白色胶状物生成．
④为鉴定产品中是否含有少量铁单质，某同学将试样用稀盐酸溶解．取上层清液，选取现有的下列试剂进行实验，其中最适宜是c．
a．碘水 b．KSCN溶液 c．NaOH溶液 d．Na2SO3溶液．
分析 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，粗硅与干燥的Cl2反应制得SiCl4：Si+2C12$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl4，高温下制得纯硅：SiCl4+2H2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+4HCl，
（1）SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑中C元素化合价由0价变为+2价、Si元素化合价由+4价变为0价，得电子化合价降低的反应物是氧化剂、失电子化合价升高的反应物是还原剂；
（2）过程Ⅱ中的Cl2用电解饱和食盐水制备，用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子；
水蒸气冷凝后减少了进入浓硫酸的水量，同时能减少放出的热量；
①由于H2还原SiCl4的实验是在某些方面1000-1100℃的高温下进行的，在此温度下普通玻璃管会软化；
②SiCl4沸点低（57.6），使SiCl4从装置B中逸出与H2充分混合，应该使四氯化硅转化为气体；尾气中含有SiCl4，能与NaOH反应生成硅酸钠、NaCl和水；
③SiCl4在潮湿的空气中能发生水解反应，为防止四氯化硅水解，需要使用干燥的氯气；四氯化硅水解生成HCl而产生白雾，液体中产生白色胶状物质；
④Fe和稀盐酸反应生成亚铁离子，亚铁离子能和NaOH反应生成白色沉淀，且该白色沉淀不稳定，易被氧化生成红褐色沉淀．
解答 解：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，粗硅与干燥的Cl2反应制得SiCl4：Si+2C12$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl4，高温下制得纯硅：SiCl4+2H2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+4HCl，
（1）SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑中C元素化合价由0价变为+2价、Si元素化合价由+4价变为0价，得电子化合价降低的反应物是氧化剂、失电子化合价升高的反应物是还原剂，二氧化硅是氧化剂、C是还原剂，则氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：2，故答案为：1：2；
（2）过程Ⅱ中的Cl2用电解饱和食盐水制备，用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，反应方程式为2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl2↑+H2↑；
水蒸气冷凝后减少了进入浓硫酸的水量，从而保持浓硫酸持续的吸水性，同时能减少放出的热量，
故答案为：2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl2↑+H2↑；使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水量，保持持续的吸水性，同时减少了放出的热量；
①由于H2还原SiCl4的实验是在某些方面1000-1100℃的高温下进行的，在此温度下普通玻璃管会软化，石英玻璃耐高温，所以用石英管而不用普通玻璃管，故答案为：高温时普通玻璃管会软化，石英管耐高温；
②SiCl4沸点低（57.6），使SiCl4从装置B中逸出与H2充分混合，应该使四氯化硅转化为气体，所以对B装置进行水浴加热；尾气中含有SiCl4，能与NaOH反应生成硅酸钠、NaCl和水，反应方程式为SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O，
故答案为：对B装置进行水浴加热；SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O；
③SiCl4在潮湿的空气中能发生水解反应，为防止四氯化硅水解，需要使用干燥的氯气，所以需要在A与B之间连接一盛有浓硫酸的洗气瓶或盛有碱石灰的干燥管；四氯化硅水解生成HCl而产生白雾，同时生成难溶性的硅酸而导致液体中产生白色胶状物质，
故答案为：在A与B之间连接一盛有浓硫酸的洗气瓶或盛有碱石灰的干燥管；B中液面上方产生少量白雾，液体中有少量白色胶状物生成；
④Fe和稀盐酸反应生成亚铁离子，亚铁离子能和NaOH反应生成白色沉淀，且该白色沉淀不稳定，易被氧化生成红褐色沉淀，碘水、亚硫酸钠和KSCN都不与亚铁离子反应，没有明显选项，故选c．
点评 本题以Si及其化合物为载体考查物质制备，为高频考点，侧重考查学生分析及获取信息利用信息解答问题能力，明确流程图中发生的反应及物质性质是解本题关键，注意题干中关键词“SiCl4熔点为-70℃，沸点57.6℃，在潮湿的空气中能发生水解反应”，充分利用关键词解答问题，题目难度不大．
| A． | 相对分子质量 M=$\frac{22.4mw}{[（1-w）V]}$ | B． | 物质的量浓度 c=$\frac{1000dV}{（MV+22.4m）}$ | ||
| C． | 溶质的质量分数 w=$\frac{MV}{22.4m}$ | D． | 溶液密度 d=$\frac{cM}{1000w}$ |
反应试剂、产物的物理常数：
| 名称 | 相对分子质量 | 性状 | 熔点 | 沸点 | 密度 | 溶解度 | ||
| 水 | 乙醇 | 乙醚 | ||||||
| 甲苯 | 92 | 无色液体易燃易挥发 | -95 | 110.6 | 0.8669 | 不溶 | ∞ | ∞ |
| 苯甲酸 | 122 | 白色片状或针状晶体 | 122.4 | 248 | 1.2659 | 微溶 | 易溶 | 易溶 |
实验方法：一定量的甲苯和KMnO4溶液置于图1装置中，在100℃时，反应一段时间，再停止反应，按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯．
（1）仪器K的名称为安全瓶．无色液体A的结构简式为
．操作Ⅱ为蒸馏．（2）如果滤液呈紫色，要先加亚硫酸氢钾，然后再加入浓盐酸酸化，加亚硫酸氢钾的目的是除去未反应的高锰酸钾氧化剂，否则用盐酸酸化时会发生盐酸被高锰酸钾所氧化，产生氯气．
（3）下列关于仪器的组装或者使用正确的是ABD．
A．抽滤可以加快过滤速度，得到较干燥的沉淀
B．安装电动搅拌器时，搅拌棒下端不能与三颈烧瓶底、温度计等接触
C．抽滤结束后，为防止倒吸，应先关闭水龙头，再断开真空系统与过滤系统的连接
D．冷凝管中水的流向是下进上出
（4）除去残留在苯甲酸中的甲苯应先加入NaOH溶液，分液，水层再加入浓盐酸酸化，然后抽滤，干燥即可得到苯甲酸．
（5）纯度测定：称取1.220g产品，配成100ml溶液，取其中25.00ml溶液，进行滴定，消耗KOH物质的量为2.4×10-3mol．产品中苯甲酸质量分数为96%．
| A． | 金属钠与水反应：Na+H2O═Na++H2 | |
| B． | 氯化铵溶液显酸性的原因：NH4++H2O═NH3•H2O+H+ | |
| C． | AICl3溶液中加入足量氨水：Al3++4NH3•H2O═AlO2-+4NH4+2H2O | |
| D． | 氯化铁溶液中滴加少量的硫化氢溶液：2Fe3++H2S═2Fe2++S+2H+ |
| A． | 分子式为C15H26O | B． | 能和NaHCO3溶液反应生成CO2 | ||
| C． | 不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 | D． | 能与乙酸发生取代反应 |
