- 非金属及其化合物
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正长石( KAlSi3O8)风化生成高岭土 [ Al2Si2O5(OH)4]时反应的离子方程式为:
2KAlSi3O8+2H2CO3+5H2O= 2K++2HCO3-+4H2SiO3+Al2Si2O5(OH)4 (1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式:
①KAlSi3O8________,
②Al2Si2O5(OH)4____。
(2)上述反应能够发生的原因是____。
正确答案
(1)①K2O·Al2O3·6SiO2 ②Al2O3·2SiO2·2H2O
(2)强酸枝弱酸
硅在地壳中的含量较高,硅及其化合物的开发由来已久,在现代生活中有广泛应用。回答下列问题:
(1)陶瓷、水泥和玻璃是常用的传统的无机非金属材料,其中生产普通玻璃的主要原料有 。
(2)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线,其中一种工艺流程示意图及主要反应如下:
①工业上用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热到1600℃-1800℃除生成粗硅外,也可以生产碳化硅,则在电弧炉内可能发生的反应的化学方程式为 。
②在流化床反应的产物中,SiHCl3大约占85%,还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等,粗硅生成SiHCl3的化学反应方程式 。
(3)有关物质的沸点数据如下表,提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和 ;SiHCl3极易水解,其完全水解的产物为 。
(4)还原炉中发生的化学反应为: 。
(5)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料,这些原料是 。
正确答案
(1)石英砂、纯碱和石灰石(2分)
(2)①SiO2 + 2CSi + 2CO↑(2分)、SiO2 + 3C
SiC + 2CO↑(2分)
②Si + 3HClSiHCl3 + H2(2分)
(3)蒸馏(1分) H4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl(2分,答不全,少一种扣一分,但有错不给分)
(4)SiHCl3 + H2 Si + 3HCl (2分)
(5)H2、HCl(2分)
试题分析:(1)生产普通玻璃的主要原料有石英砂、纯碱和石灰石
(2)①石英砂的主要成分是SiO2,与C可能的反应有:SiO2 + 2CSi + 2CO↑、SiO2 + 3C
SiC + 2CO↑
②粗硅生成SiHCl3的化学反应方程式为Si + 3HClSiHCl3 + H2
(3)硅的氯化物的熔点相差较大且互溶,所以采用蒸馏的方法可提纯SiHCl3,从元素的种类上分析SiHCl3完全水解的产物有H4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl
(4)还原炉中发生的反应是氢气还原SiHCl3,化学方程式为SiHCl3 + H2 Si + 3HCl
(5)氯碱工业的产品有H2、Cl2、NaOH,所以为上述工艺生产提供部分原料是H2、HCl
单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用炭在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息:①四氯化硅遇水极易水解;②SiCl4沸点为57.7℃,熔点为-70.0℃。请回答:
(1)写出装置A中发生反应的离子方程式 。
(2)装置C中的试剂是 ;装置F的作用是 ;
装置E中的h瓶需要冷却的理由是 。
(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中含有铁元素,为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe2+,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定。
①反应的离子方程式: 。
②滴定前是否要滴加指示剂? (填“是”或“否”),请说明理由 。
③滴定前检验Fe3+是否被完全还原的实验操作是 。
正确答案
(1)MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O(2分)
(2)浓硫酸(2分);
防止空气中的水进入H中;产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集(2分)
(3)①5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O(2分)
②否;KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点;(2分)
③取少量还原后的溶液于试管中,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+已完全还原(2分)
试题分析:(1)装置A为制取氯气的装置,所以发生的离子反应方程式为MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O;
(2)装置B为除去氯气中的氯化氢,所以装置C中的试剂是浓硫酸,干燥氯气;四氯化硅遇水易水解,所以装置F的作用是防止空气中的水进入H中;产物SiCl4沸点低,需要冷凝收集,所以h瓶需要冷却;
(3)①亚铁离子与酸性高锰酸钾反应被氧化成铁离子,高锰酸钾被还原成锰离子,离子方程式为5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O;
②滴定前不用加任何指示剂,因为高锰酸钾溶液本身为紫红色溶液,可用高锰酸钾溶液的颜色判断反应终点;
③Fe3+的检验通常用KSCN溶液,取少量还原后的溶液于试管中,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+已完全还原。
(15分)(2012•重庆)金刚石、SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性,应用广泛.
(1)碳与短周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物,其中一种化合物R为非极性分子.碳元素在周期表中的位置是 ,Q是 ,R的电子式为 .
(2)一定条件下,Na还原CCl4可制备金刚石,反应结束冷却至室温后,回收其中的CCl4的实验操作名称为 ,除去粗产品中少量钠的试剂为 .
(3)碳还原SiO2制SiC,其粗产品中杂质为Si和SiO2.现将20.0g SiC粗产品加入到过量的NaOH溶液中充分反应,收集到0.1mol氢气,过滤得SiC固体11.4g,滤液稀释到1L.生成氢气的离子方程式为 ,硅酸盐的物质的量浓度为 .
(4)下列叙述正确的有 (填序号).
①Na还原CCl4的反应、Cl2与H2O的反应均是置换反应
②水晶、干冰熔化时克服粒子间作用力的类型相同
③Na2SiO3溶液与SO3的反应可用于推断Si与S的非金属性强弱
④钠、锂分别在空气中燃烧,生成的氧化物中阴阳离子数目比均为1:2.
正确答案
(1)第二周期第ⅣA族;氧(或O);;(2)过滤;水(或乙醇)(3)Si+2OH﹣+H2O═SiO32﹣+2H2↑;0.17 mol•L﹣1(4)③④
试题分析:(1)Q为氧,非极性分子R为CO2;
(2)将不溶性固体和液体分离通常采用的方法是过滤;由于Na可以与水(或乙醇)发生反应;
(3)根据反应的方程式计算生成Na2SiO3的物质的量,进而计算浓度;
(4))①Na还原CCl4的反应属于置换反应,但Cl2与H2O反应生成HCl和HClO;
②水晶属于原子晶体,而干冰属于分子晶体;
③元素的非金属性越强,对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强;
④钠、锂分别在空气中燃烧,生成的氧化物分别为Na2O2、Li2O.
解:(1)由题给信息“碳与Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物,其中一种化合物R为非极性分子”可推知Q为氧,非极性分子R为CO2.根据周期序数=电子层数,主族序数=最外层电子数可以确定碳在周期表中的位置是第二周期第ⅣA族,CO2的电子式为,故答案为:第二周期第ⅣA族;氧(或O);
;
(2)金刚石是不溶于CCl4的固体,CCl4是液体,将不溶性固体和液体分离通常采用的方法是过滤;由于Na可以与水(或乙醇)发生反应,而金刚石不与水(或乙醇)反应,所以除去粗产品中少量的钠可用水(或乙醇),
故答案为:过滤;水(或乙醇);
(3)根据硅与NaOH反应的化学方程式Si+2NaOH+H2O═Na2SiO3+2H2↑可写出其离子方程式为Si+2OH﹣+H2O═SiO32﹣+2H2↑;
计算溶液中硅酸盐的物质的量浓度需要根据化学方程式进行计算:
Si+2NaOH+H2O═Na2SiO3+2H2↑
28 g 1 mol 2 mol
m(Si) n1(Na2SiO3) 0.1 mol
m(Si)==1.4g,
n1(Na2SiO3)=="0.05" mol,
粗产品中SiO2的质量为m(SiO2)=20.0g﹣11.4g﹣1.4 g="7.2" g
SiO2+2NaOH═Na2SiO3+H2O
60g 1mol
2g n2(Na2SiO3)
n2(Na2SiO3)==0.12mol,
则n(Na2SiO3)=n1(Na2SiO3)+n2(Na2SiO3)=0.12mol+0.05mol=0.17mol,
硅酸盐的物质的量浓度为=0.17mol/L,
故答案为:Si+2OH﹣+H2O═SiO32﹣+2H2↑;0.17 mol•L﹣1;
(4)①Na还原CCl4的反应属于置换反应,但Cl2与H2O反应生成HCl和HClO,不是置换反应,故①错误;
②水晶属于原子晶体,而干冰属于分子晶体,熔化时克服粒子间作用力的类型不相同,故②错误;
③Na2SiO3溶液与SO3的反应,说明酸性H2SiO3比H2SO4弱,则可用于推断Si与S的非金属性强弱,故③正确;
④钠、锂分别在空气中燃烧,生成的氧化物分别为Na2O2、Li2O,阴阳离子数目比均为1:2,故④正确.
故答案为:③④.
点评:本题综合元素化合物知识,题目难度中等,注意从质量守恒的角度结合反应的化学方程式计算,(3)为易错点.
实验探究:探究碳、硅元素的非金属性的相对强弱
根据要求完成下列各小题
(1)实验装置:
填写所示仪器名称A B
(2)实验步骤:
连接仪器、 、加药品后,打开a、然后滴入浓硫酸,加热
(3)问题探究:(已知酸性强弱:亚硫酸 >碳酸)
①铜与浓硫酸反应的化学方程式是 ;装置E中足量酸性KMnO4溶液的作用是 ;
②能说明碳元素的非金属性比硅元素非金属性强的实验现象是 ;
③依据试管D中的实验现象,能否证明硫元素的非金属性强于碳元素的非金属性 (填“能”或“否”),试管D中发生反应的离子方程式是
正确答案
(1)A:分液漏斗B:圆底烧瓶
(2)检查装置的气密性
(3)①Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+ SO2↑+2H2O 除去SO2气体
②盛有Na2SiO3溶液的试管中出现白色沉淀
③ 否 SO2+2HCO3-=SO32-+ H2O+CO2↑或SO2+HCO3-=HSO3-+CO2↑
试题分析:(1)A : 分液漏斗B:圆底烧瓶 .(2) 对于有气体参加的反应或制取气体的反应,在装药品之前一定要首先检查装置的气密性。然后才可以进行实验。(3)①Cu与浓H2SO4在加热时发生反应。反应的方程式为:Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+ SO2↑+2H2O 。装置D盛有NaHCO3饱和溶液,因为酸性H2SO3> H2CO3所以二者发生反应产生CO2,反应的方程式为NaHCO3+ SO2= NaHSO3+ CO2,装置E中盛有酸性KMnO4溶液,能把SO2氧化为硫酸,但是与CO2不发生反应。所以装置E中足量酸性KMnO4溶液的作用是除去为完全反应SO2气体。②如果碳元素的非金属性比硅元素非金属性强,则酸性H2CO3> H2SiO3把CO2通入到Na2SiO3的溶液中就会发生反应:CO2+H2O +Na2SiO3= Na2CO3+ H2SiO3↓。看到实验现象是盛有Na2SiO3溶液的试管中出现白色沉淀。③因为元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物的酸性就越强。但是H2SO3不是S的最高价含氧酸。因此不能依据试管D中的实验现象,证明硫元素的非金属性强于碳元素的非金属性。试管D中若通入的SO2少量,发生反应的离子方程式是SO2+2HCO3-=SO32-+ H2O+CO2↑;或若通入的SO2足量,发生反应的两种方程式是SO2+HCO3-= HSO3- +CO2↑。
某学习小组对炭粉与氧化铁反应产物中气体的成分进行研究。
(1)提出假设:该反应的气体产物全部是二氧化碳(CO2)。
(2)设计方案:将一定量的氧化铁与炭粉的混合物在隔绝氧气的条件下完全反应(如下图),测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。
实验装置
(3)查阅资料:N2不与炭粉以及氧化铁发生反应,可用于隔绝氧气进行反应。
(4)实验操作:
①称取5.2 g氧化铁与炭粉的混合粉末,放入48.48 g的玻璃管中,按上图连接后必不可少的实验操作为___________________________________________________。
②加热前,先通一段时间纯净、干燥的氮气,其目的是_____________________________。
③夹紧T处弹簧夹,加热一段时间,澄清石灰水变浑浊,该现象说明_____________________。
④完全反应后,冷却至室温,称得玻璃管和固体的总质量为52.24克。
(5)数据处理:经计算,参加反应的碳元素质量为0.48克,氧元素质量为0.96克。
(6)得出结论:根据数据处理结果,反应生成的气体为CO和CO2,而且同条件下体积比为1∶1,原假设不成立,理由为__________________________________________________。
(7)该实验反应的化学方程式为_________________________________________________。
正确答案
(4)①检查装置气密性 ②排尽装置中的空气(或氧气) ③有二氧化碳气体生成
(6)C、O质量比为0.48∶0.96=1∶2,与二氧化碳中C和O质量比3∶8不符
(7)2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑
根据题意,本实验为一定量实验,其原理是将一定量Fe2O3和C的混合物在用N2隔绝氧气的条件下完全反应,测参加反应的C元素和O元素的质量比,判断反应产物是否全是CO2。因此反应装置必须气密性好。
参加反应的C元素质量为0.48 g,物质的量为0.04 mol,O元素的质量为0.96 g,物质的量为0.06 mol,生成的碳氧化物中C、O物质的量之比为2∶3,则,即CO、CO2的物质的量比为1∶1,因此原假设不成立。该实验反应的化学方程式为2C+Fe2O3
2Fe+CO↑+CO2↑。
物质A是一种高熔点化合物,不溶于硫酸、硝酸,却溶于氢氟酸,C是一种气体,D是白色胶状沉淀;A、B、C、D之间的转化如图,试推断
A____;B___;C____;D____。
正确答案
SiO2;Na2SiO3;CO2;H2SiO3
高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料,是制备半导体的重要材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。高纯硅通常用以下方法制备:用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含Fe、Al、B、P等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450~500℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图。
相关信息:a.四氯化硅遇水极易水解;b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接化合生成相应的氯化物;c.有关物质的物理常数见下表:
请回答下列问题:
(1)仪器e的名称为____________,装置A中f管的作用是_______________________________________,其中发生反应的离子方程式为_____ ____________________________________ _______。
(2)装置B中的试剂是____________。
(3)某学习小组设计了以下两种实验方案:方案甲:g接装置Ⅰ;方案乙:g接装置Ⅱ。但是甲乙两个方案中虚线内装置均有不足之处,请你评价后填写下表。
(4)在上述(3)的评价基础上,请设计一个合理方案:___________ ________ 。
(5)通过上述合理的装置制取并收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是 (填写元素符号)。
正确答案
(1)蒸馏(具支)烧瓶(1分);平衡压强,使液体从分液漏斗中顺利流下(2分)
MnO2+4H++2Cl-Mn2++2H2O+Cl2↑(2分)
(2)饱和食盐水(1分)
(3)
(4)在装置I的i处连接干燥管j(2分)
(5)Al、P、Cl(3分)
试题分析:(1)根据仪器的结构可知,仪器e是蒸馏(具支)烧瓶。f管是将分液漏斗与烧瓶相连,则它们中的压强是相等的,这样便于分液漏斗中的盐酸能顺利滴下。装置A是制备氯气的,实验室用浓盐酸与二氧化锰在加热的条件下制备,因此该反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++2H2O+Cl2↑。
(2)由于浓盐酸易挥发,因此生成的氯气中含有氯化氢,对后续的实验造成干扰,需要除去氯化氢,因此装置B中的试剂是饱和食盐水,用来除去氯气中的氯化氢气体。
(3)SiCl4的沸点很低,只有57.7℃,而反应的温度达几百度,故需要冷凝收集。又因为四氯化硅极易水解,而甲方案中g接装置Ⅰ,h与空气直接相连,则空气中的水蒸气进入产品收集装置,使产品水解;另外氯气有毒,需要尾气处理,而甲方案中没有尾气处理,氯气会污染空气;在乙方案中g接装置Ⅱ,由于四氯化硅冷凝后变为固体,易堵塞导管口。另外没有冷凝装置,产品易损失。
(4)由于四氯化硅易水解,因此需要有干燥装置,所以在方案甲的基础上在装置I的i处连接干燥管j即可。
(5)从物质的物理性质表可发现,AlCl3、FeCl3和PCl5均易升华,故精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是还应还有Al、P、Cl元素。
硅胶是网状多孔的物质,有强吸附性,可用作干燥剂、吸附剂和催化剂的载体。在减压条件下将硅酸加热至300℃,使其失水即可得硅胶。现以石英、纯碱为主要原料(其它原料任选)制备硅胶。写出有关的化学方程式:___________________________________。
正确答案
SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑;Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓
这是一道有关物质的制备题。根据SiO2(石英)不与水反应,但能与NaOH、Na2CO3反应生成Na2SiO3,再根据硅酸是弱酸,用Na2SiO3与酸作用来制得H2SiO3。合成路线为:
SiO2Na2SiO3H2SiO3SiO2(硅胶)
本题中所有的气体体积均为标准状况下的体积。A、B为两种单质,常温下均是固体。在元素周期表中A、B同周期且原子半径A>B。分别取三份质量为1.52 g的A、B的混合物(粉末)进行如下实验:
a.向第一份试样中加入过量的盐酸,充分反应后,放出0.896 L气体,还剩下0.56 g的残渣;
b.向第二份试样中加入过量的10%的NaOH溶液,充分反应后,放出0.896 L气体,还剩下0.96 g的残渣;
c.将第三份试样隔绝空气加强热后,生成一种固体,冷却后,再加入足量的盐酸,该固体全部溶解,产生x L气体。
(1)单质B是__________________。
(2)混合物中A的质量分数是__________________。
(3)写出实验c中有关反应的化学方程式并计算x的值。
正确答案
(1)Si (2)63.2%
(3)2Mg+SiMg2Si,Mg2Si+4HCl====2MgCl2+SiH4↑,x=0.448
根据实验a可知,混合物中有一种单质可溶于盐酸且产生气体,即为金属单质,另一种单质不能溶于盐酸;根据实验b,中学阶段所学固体单质能与NaOH溶液反应产生气体的只有Si、Al,但实验a中还有残渣,故不可能为Al,这种单质只可能为Si,且为0.56 g,则另一单质的质量为0.96 g。根据实验a、b所得的数据,可求0.96 g单质的摩尔质量为:="24" g·mol-1,即为Mg。根据原子半径A>B,可知A为Mg,B为Si。也可进行定性判断:因为A、B同周期,但金属单质不可能是Na,也不可能是Al,只能是Mg。
(2)w(A)=×100%=63.2%
(3)根据题意,2Mg+SiMg2Si,Mg2Si+4HCl====2MgCl2+SiH4↑。并且0.96 g Mg与0.56 g Si刚好完全反应,则
Si — SiH4↑
28 g 22.4 L
0.56 g x L
x==0.448。
一定条件下,有如下反应:
2CO (g) + O2(g)=2CO2(g) ΔH1=" -" 566.0kJ·mol-1
3Fe(s) +2O2(g)=Fe3O4 (s) ΔH2=-1118.3kJ·mol-1
Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s) +4CO2 (g) ΔH3
(1)试计算,ΔH3 =
(2)已知1100℃时,反应Fe3O4(s)+4CO(g) 3Fe(s)+4CO2 (g) ΔH3的化学平衡常数为4.8×10-3。若在1100℃时,测得高炉中c(CO2)=0.020mol·L-1,c(CO)=0.10mol·L-1,此时该反应 (填“是”或“否”)处于平衡状态,理由是 ,此时υ正 υ逆(填“>”、“<”或“=”)。
(3)下列试剂可以用于吸收工业尾气中的CO2的是 。
a.(NH4)2CO3溶液 b.氨水 c.NaHSO3溶液 d.CaCl2溶液
正确答案
(1)—13.7 kJ•mol‾1 (2分)
(2)否(1分)该条件下 c4(CO2)/c4(CO)=0.0016 < 4.8×10-3,所以不处于平衡状态。(3分)
> (1分)
(3)ab (2分)
试题分析:(1)根据盖斯定律,ΔH3 =2ΔH1—ΔH2=—13.7 kJ•mol‾1。
(2)由高炉中c(CO2)=0.020mol·L-1,c(CO)=0.10mol·L-1,求出Q= c4(CO2)/c4(CO)=(0.020mol·L-1)4÷(0.10mol·L-1)4=0.0016 < 4.8×10-3,所以不处于平衡状态;浓度商Q小于平衡常数,说明平衡正向移动,所以υ正> υ逆。
(3)a、(NH4)2CO3能与CO2、H2O反应生成NH4HCO3,可以吸收CO2,正确;b、NH3、H2O与CO2反应生成(NH4)2CO3或NH4HCO3,可以吸收CO2,正确;c、NaHSO3不与CO2反应,不能吸收CO2,错误;d、CaCl2不与CO2反应,不能吸收CO2,错误。
在半导体工业中有这样一句话:“从沙滩到用户”,其中由粗硅制纯硅的常用方法为:Si(粗)+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si(纯)+4HCl。若在25℃101KPa条件下反应生成HCl气体49L(注:25℃101KPa条件下气体摩尔体积为24.5L/mol)则:
(1)反应生成HCl气体的质量为__________,转移电子的个数为_____________。
(2)反应生成的HCl气体溶于127mL水中,得到密度为1.20g/mL的盐酸,此盐酸的物质的量浓度为 。
(3)“从沙滩到用户”涉及到多个反应,其中制取粗硅的反应方程式为 ,纯净的石英砂与烧碱反应可以制得水玻璃,反应的离子方程式为 。
(4)普通玻璃若以氧化物形式表示其组成为(质量分数):Na2O 13%,CaO 11.7%,SiO2 75.3%。现以石灰石、纯碱和石英为原料生产这种玻璃10t,石灰石的利用率为80%,纯碱和石英的利用率为95%,至少需要上述原料的质量是 t(保留两位小数)。
正确答案
(1)73g 4NA
(2)12mol/L
(3)SiO2+2CSi(粗)+2CO↑ SiO2+2OH-=SiO32-+H2O
(4)12.65
试题分析:(1)25℃101KPa条件下气体摩尔体积为24.5L/mol,49L HCl气体的物质的量为2mol,其质量为2mol×36.5g/mol=73g,两个反应共转移电子个数为4NA。
(2)溶质质量为73g,水的质量为127g,所以溶液体积为200g/1.20g/mL=1/6L,则盐酸的物质的量浓度是2mol/1/6L=12mol/L。
(3)制取粗硅是用碳还原二氧化硅,其方程式为SiO2+2CSi(粗)+2CO↑,石英的主要成分是SiO2,与烧碱反应制取水玻璃,反应的离子方程式为SiO2+2OH-=SiO32-+H2O。
(4)10t这种玻璃中含Na2O1.3t,CaO1.17t,SiO27.53t,由CaCO3~CaO可计算出所需CaCO3的质量,同理可算出纯碱、石英的质量,约为12.65t。
硅单质及其化合物应用很广。请回答下列问题:
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式____________________。
②整个制备过程必须严格控制无水、无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出配平的化学反应方程式____________________;H2还原SiHCl3过程中若混有O2,可能引起的后果是____________________。
(2)下列有关硅材料的说法正确的是 ( )。
A.单质硅化学性质稳定,但可以被强碱溶液腐蚀
B.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
C.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高
D.光导纤维的主要成分是SiO2
(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中,逐滴加入盐酸,振荡。写出实验现象并给予解释(用化学方程式说明)_________________________ ____。
(4)在人体器官受到损伤时,需要使用一种新型无机非金属材料来植入体内,这种材料是________(填字母)。
A.高温结构陶瓷 B.生物陶瓷 C.导电陶瓷
正确答案
(1)①SiHCl3+H2Si+3HCl
②SiHCl3+3H2O=H2SiO3+H2↑+3HCl↑
高温下,H2遇O2可能会引起爆炸;O2可能会氧化SiHCl3
(2)AD
(3)生成白色絮状沉淀,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓
(4)B
①SiHCl3和H2在高温下反应得到高纯硅的同时,可得到HCl,因此化学方程式为SiHCl3+H2Si+3HCl,②SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,不难得出另一种物质为氢气,从而写出反应化学方程式,当混有氧气时,氢气和氧气会发生反应,可能会引起爆炸,另外,氧气也可能会氧化SiHCl3;(2)A、D比较简单,属于正确的说法,B中,单晶硅性质稳定,能与氢氟酸反应,而不能与盐酸反应,所以这一说法是错误的;C中要注意玻璃是混合物,不具备固定的熔沸点,所以C错误;(3)用盐酸制取硅酸,由于硅酸不溶于水,所以可以看到有白色絮状沉淀产生,反应化学方程式为Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓;(4)因是植入人体内,因此选用生物陶瓷,故选择B。
单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硫、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450-500°C),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下:
a.四氯化硅遇水极易水解;
b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;
c.有关物质的物理常数见下表:
请回答下列问题:
(1)写出装置A中发生反应的离子方程式 。
(2)装置A中g管的作用是 ;装置C中的试剂是 ;装置E中的h瓶需要冷却理由是 。
(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是 (填写元素符号)。
(4)为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,是铁元素还原成Fe2+,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定,反应的离子方程式是:
①滴定前是否要滴加指示剂? (填“是”或“否”),请说明理由 。
②某同学称取5.000g残留物,预处理后在容量瓶中配制成100ml溶液,移取25.00ml,试样溶液,用1.000×10-2mol· L-1KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时,消耗标准溶液20.00ml,则残留物中铁元素的质量分数是 。
正确答案
(1)MnO2 + 4H+ + 2Cl-Mn2+ + Cl2↑ + 2H2O
(2)平衡压强 浓硫酸 使SiCl4冷凝
(3)Al、P、Cl
(4)①否;KMnO4溶液自身可作指示剂;
②4.480%
制备四氯化硅的原料为Cl2和Si。A装置为Cl2的制备装置,B、C装置为除杂装置。先用B除去HCl,再用C(浓H2SO4)除去H2O蒸气。Cl2通入粗硅中反应,用冷水将产生SiCl4冷凝即可。(1)制取氯气用浓盐酸和MnO2在加热条件下反应。(2)g管是将分液漏斗与烧瓶相连,则它们中的压强是相待的,这样便于盐酸能顺利滴下。SiCl4的沸点很低,只有57.7℃,而反应的温度达几百度,故需要冷凝收集。(3)从物质的物理性质表可发现,AlCl3,FeCl3和PCl5均易升华,故还应还有Al、P、Cl元素。(4)由于高锰酸钾本身是紫红色的,与Fe2+反应时,可以褪色,故而可以作为指示剂。根据方程式可以找出关系,5Fe2+~MnO4- ,n(Fe)= 10-2×20×10-3×5×100/25 =4×10-3mol。W (Fe)= 4×10-3×56/5 ×100% =4.48%。
让直径比孔穴小的分子通过而将大的分子留在外面,故又称“分子筛”。“分子筛”在表面化学中有重要作用,是重要的催化剂和催化剂载体。以高岭土(主要成分:Al2Si2O7·2H2O)、石灰石、海水为原料生产“分子筛”的工艺流程如下:
回答下列问题
(1)操作a的作用是 ,副产品A是 ;
(2)气体通入滤液中发生反应的离子方程式为 、 ;
(3)NaOH和不溶物在适当温度下发生的化学反应方程式为 、
;
(4)高岭土主要成分的化学式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O,则分子筛的化学式也可表示为 。
正确答案
(1)除去精盐中的可溶性杂质 Na2CO3
(2)CO2+2AlO2-+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32- CO2+SiO32-+H2O=H2SiO3↓+CO32-
(3)Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O H2SiO3+2OH-=SiO32-+2H2O
(4)Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O
(1)从粗盐经操作a变成纯净NaCl(已经过滤,除去不溶性杂质),故操作a的作用是除去精盐中的可溶性杂质。高岭土(Al2Si2O7·2H2O)经高温得Al2O3和SiO2,溶于NaOH得NaAlO2和Na2SiO3,故滤液的成分是:NaAlO2和Na2SiO3及过量NaOH的混合物,通入CO2,生成的副产品A是Na2CO3。
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