Question

12．锡是第IVA族金属元素，常见化合价为+2、+4价，其单质及化合物在生活、生产中有重要应用．已知：Sn熔点为231℃；Sn²⁺易水解、易被氧化；SnCl₄极易水解、熔点-33℃、沸点114℃．请按要求回答下列相关问题：
（1）如图1为锡原子结构示意图，请补充完整：
 （2）用于微电子器件生产的锡粉纯度测定：
①取2.38g试样溶于较浓硫酸中（杂质不参与反应），使Sn完全转化为Sn²⁺；
②加入过量的Fe₂（SO₄）₃；
③用0.2000mol•L^-1K₂Cr₂O₇溶液滴定步骤②得到的溶液（产物中Cr呈+3价），消耗25.00mL．步骤②中加入
Fe₂（SO₄）₃发生反应的离子方程式为2Fe³⁺+Sn²⁺=2Fe²⁺+Sn⁴⁺；此锡粉样品中锡的质量分数为75%．
（3）实验室配制SnCl₂溶液时：要先将SnCl₂固体溶于较浓盐酸，并在新配制的SnCl₂溶液中加入锡粉，目的是防止其水解及发生氧化反应．
（4）SnO不溶于水，工业上常用于制备SnSO₄．向酸性SnCl₂溶液中加入碳酸氢铵溶液调PH=7，可以生成SnO，写出反应的离子方程式Sn²⁺+2HCO₃^-=SnO↓+2CO₂↑+H₂O．
（5）现有如图2所示装置，某化学实验小组要在实验室中制备少量SnCl₄，请回答下列问题：

①所选择的仪器装置及合理的先后排列顺序是：A→C→E→B→G→D→H→F．
②实验中当开始生成SnCl₄时即可熄灭B处酒精灯，反应仍可持续进行的理由是锡与氯气的反应为放热反应，放出的热量维持反应继续进行．

Answer 1

分析 （1）由结构示意图可知，锡是第四周期第IVA族金属元素，由能量最低原理，可知原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p²；
（2）Fe₂（SO₄）₃将Sn²⁺全部氧化为Sn⁴⁺，同时生成Fe²⁺，根据元素守恒及电子得失守恒，可得关系式：3Sn～3Sn²⁺～6Fe³⁺～6Fe²⁺～K₂Cr₂O₇，根据K₂Cr₂O₇的物质的量可计算出锡的物质的量，再求得锡的质量，进而计算锡的质量分数；
（3）Sn²⁺易水解、易被氧化，所以实验室配制SnCl₂溶液时要防止其水解及发生氧化反应；
（4）向酸性SnCl₂溶液中加入碳酸氢铵溶液调 PH=7，可以生成SnO，同时还有二氧化碳和氯化铵生成，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式；
（5）SnCl₄极易水解，反应应在无水环境下进行进行，A中发生反应：MnO₂+4HCl（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，由于盐酸易挥发，制备的氯气中含有HCl及水蒸气，所以要用饱和食盐水除去HCl，可以降低氯气的溶解，浓硫酸吸收水蒸气，干燥氯气，氯气与Sn在B中反应生成SnCl₄，经冷凝后用H装置进行收集SnCl₄，未反应的氯气，用干燥管中碱石灰吸收，同时又可以防止空气中的水分进入H中使产物水解．

解答 解：（1）由结构示意图可知，锡是第四周期第IVA族金属元素，由能量最低原理，可知原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p²，补充完整的原子结构示意图为，
故答案为：；
（2）Fe₂（SO₄）₃将Sn²⁺全部氧化为Sn⁴⁺，同时生成Fe²⁺，反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Sn²⁺=2Fe²⁺+Sn⁴⁺，根据元素守恒及电子得失守恒，可得关系式：3Sn～3Sn²⁺～6Fe³⁺～6Fe²⁺～K₂Cr₂O₇，K₂Cr₂O₇的物质的量为0.2000mol•L^-1×0.025L=0.005mol，由关系式可知，锡的物质的量为0.005mol×3=0.015mol，则锡的质量分数为$\frac{0.015mol×119g/mol}{2.38g}$×100%=75%，
故答案为：2Fe³⁺+Sn²⁺=2Fe²⁺+Sn⁴⁺；75%；
（3）Sn²⁺易水解、易被氧化，所以实验室配制SnCl₂溶液时要防止其水解及发生氧化反应，要先将SnCl₂固体溶于少量浓盐酸中，并在新配制的SnCl₂溶液中加入少量锡粉，
故答案为：溶于较浓盐酸；锡粉；防止其水解及发生氧化反应；
（4）向酸性SnCl₂溶液中加入碳酸氢铵溶液调 PH=7，可以生成SnO，同时还有二氧化碳和氯化铵生成，反应的离子方程式为Sn²⁺+2HCO₃^-=SnO↓+2CO₂↑+H₂O，
故答案为：Sn²⁺+2HCO₃^-=SnO↓+2CO₂↑+H₂O；
（5）SnCl₄极易水解，反应应在无水环境下进行进行，A中发生反应：MnO₂+4HCl（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，由于盐酸易挥发，制备的氯气中含有HCl及水蒸气，所以要用饱和食盐水除去HCl，可以降低氯气的溶解，浓硫酸吸收水蒸气，干燥氯气，氯气与Sn在B中反应生成SnCl₄，经冷凝后用H装置进行收集SnCl₄，未反应的氯气，用干燥管中碱石灰吸收，同时又可以防止空气中的水分进入H中使产物水解，
①根据上面的分析可知，仪器装置及合理的先后排列顺序是A→C→E→B→G→D→H→F，
故答案为：C→E→B→G→D→H→F；
②由于锡与氯气的反应为放热反应，所以当开始生成SnCl₄时即可熄灭B处酒精灯，反应仍可持续进行，
故答案为：锡与氯气的反应为放热反应，放出的热量维持反应继续进行．

点评 本题考查物质制备方案、化学工艺流程、物质含量测定、原子结构等知识，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，难度中等．