题目内容
晶体硅是一种重要的非金属材料,制备纯硅的主要步骤如下:
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:Si+3HCl
SiHCl3+H2
③SiHCl3与过量H2在1 000~1 100 ℃反应制得纯硅。
已知SiHCl3能与H2O强烈反应,在空气中易自燃。
请回答下列问题:
(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为________________________________。
(2)粗硅与HCl反应完全后,经冷凝得到的SiHCl3(沸点-33 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点-84.7 ℃),提纯SiHCl3采用的方法为________。
(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下图(热源及夹持装置略去)![]()
①装置B中的试剂是________。装置C中的烧瓶需要加热,其目的是___________________________________________________________。
②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是________,装置D不能采用普通玻璃管的原因是__________________________________________________。
装置D中发生反应的化学方程式为____________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及________________________________________________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解,取上层清液后需再加入的试剂是(填写字母代号)________。
a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液 e.Na2SO3溶液
(1)SiO2+2C
Si+2CO↑ (2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ②有固体生成 在该反应温度下,普通玻璃管会软化
SiHCl3+H2
Si+3HCl ③排尽装置内的空气 ④bd
解析
Na2S2O3·5H2O(俗称海波或大苏打)是照相业常用的一种定影剂。
(一)常用下列途径制备海波:![]()
已知反应:4FeS+7O2
2Fe2O3+4SO2、Na2SO3+S
Na2S2O3
(1)计算原料FeS在反应(a)和(b)中的理论分配比:_________。
(2)现有88gFeS,设NaOH溶液吸收SO2的吸收率为96%,问最多制备海波质量为____克(精确到0.1克)
(二)工业上制得的海波晶体中可能含有少量的亚硫酸钠和硫酸钠杂质。为了测定某海波样品的成分,称取三份质量不同的该样品,分别加入相同浓度的硫酸溶液30mL,充分反应后过滤出硫,微热滤液使生成的SO2全部逸出(Na2S2O3+ H2SO4® Na2SO4+ SO2↑+ S↓+ H2O)。测得有关实验数据如下(标准状况):
| | 第一份 | 第二份 | 第三份 |
| 样品的质量/g | 7.54 | 15.08 | 35.00 |
| 二氧化硫的体积/L | 0.672 | 1.344 | 2.688 |
| 硫的质量/g | 0.80 | 1.60 | 3.20 |
(3)计算所用硫酸溶液的物质的量浓度。(写出计算过程)
(4)分析以上实验数据,可判断该样品__________(填字母)
A.不含Na2SO3和Na2SO4 B.不含Na2SO3 含Na2SO4
C.含Na2SO3不含Na2SO4 D.含Na2SO3和Na2SO4
(5)若将30.16g该样品和一定量的上述硫酸溶液混合微热。试讨论:当加入硫酸的体积______(aL)在不同取值范围时,生成SO2体积___________(bL,标态)的值。(可用含a和b的代数式表示)
请分析回答某同学在探究浓硫酸、稀硫酸、浓硝酸、稀硝酸分别与铜反应的实验中发现的有关问题。
Ⅰ.探究上述四种酸的氧化性相对强弱及其与铜反应的还原产物的性质
(1)分别向盛有等量铜片的四支试管中加入等体积的浓硫酸、稀硫酸、浓硝酸、稀硝酸,实验结果记录如下表:
| | 酸 | 实验结果 |
| a | 浓硫酸 | 加热后发生反应,产生无色刺激性气体 |
| b | 稀硫酸 | 加热也不发生反应 |
| c | 浓硝酸 | 不加热即发生反应,产生红棕色气体 |
| d | 稀硝酸 | 微热发生反应,产生无色气体 |
①由上表中实验结果,四种酸的氧化性由强到弱的顺序是 。
②由上表可知,铜与稀硫酸在加热条件下不反应,但若同时通入O2,铜片能逐渐溶解,溶液变为蓝色。写出该反应的化学方程式:
(2)先将铜与浓硫酸反应产生的气体X持续通入如图所示装置中,一段时间后再将铜与浓硝酸产生的气体Y也持续通入该装置中,则整个过程中可观察到的现象包括 (填字母)。
A.通入X气体后产生白色沉淀
B.通入X气体后溶液无明显现象
C.通入Y气体后产生沉淀
D.通入Y气体后沉淀溶解
E.通入Y气体后溶液中无明显现象
由此可得到的结论是 (填字母)。
A.硝酸的酸性比硫酸强
B.H2SO3的酸性比盐酸强
C.HNO3能氧化H2SO3(或SO2)
D.BaSO4既不溶于水也不溶于HNO3溶液
Ⅱ.如图是某同学探究铜与稀硝酸反应的还原产物的实验装置图,请回答下列问题:
(1)写出铜与稀硝酸反应的离子方程式: 。
(2)已知装置气密性良好,请简述利用该装置证明铜与稀硝酸反应生成的气体产物是NO的操作过程:
工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。某兴趣小组的同学发现:将一定量的生铁与浓硫酸加热时,观察到固体完全溶解,并产生大量气体。实验室现有下列试剂: 0.01 mol/L 酸性KMnO4溶液、0.10 mol/L KI溶液、新制氯水、淀粉溶液、蒸馏水。请你协助他们探究所得溶液和气体的成分。
【提出猜想】
Ⅰ.所得溶液中的金属离子可能含有Fe2+和Fe3+中的一种或两种;
Ⅱ.所得气体中肯定含有 气体。
【实验探究】
| | 实验操作 | 预期现象 | 结 论 |
| 验证猜想Ⅰ | 步骤①:取少量0.01 mol/L 酸性KMnO4溶液,滴入所得溶液中 | | |
| 步骤②: | | 含有Fe3+ | |
| 验证猜想Ⅱ | 将所得气体通入如下装置 | | 含有两种或以上气体 |
【问题讨论】
(1)有同学提出:若另外选用KSCN溶液,则仅利用KSCN和新制氯水两种溶液即可完成猜想Ⅰ的所有探究,试问是否可行,并说明原因: 。
(2)有同学提出:试管中气体可能是H2和Q气体,为此重新设计了实验装置如下图(图中夹持仪器省略)。
①Q产生的原因是 (用化学方程式表示)。
②为确认Q的存在,则M中盛放的试剂为 ,并将装置M添加于 (选填序号)。
a.A之前 b.A-B间 c.B-C间 d.C-D间
③装置图中D、E、F组合的作用是 。