Question

8．在電子工業(yè)中利用鎂制取硅的反應(yīng)為2Mg+SiO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+Si，同時(shí)會(huì)發(fā)生副反應(yīng)：2Mg+Si$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg₂Si，Mg₂Si遇鹽酸迅速反應(yīng)生成SiH₄（硅烷），SiH₄在常溫下是一種不穩(wěn)定、易自燃的氣體．圖是進(jìn)行Mg與SiO₂反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置．試回答下列問(wèn)題：

（1）由于O₂和H₂O（g）的存在對(duì)該實(shí)驗(yàn)有不良影響，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)通入X氣體作為保護(hù)氣．在A、B、C三種儀器中反應(yīng)開(kāi)始前的試劑分別是：A①，B⑥，C②（填序號(hào)）．
①稀硫酸      ②濃硫酸      ③稀鹽酸      ④石灰石      ⑤純堿      ⑥鋅粒
（2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，必須先通入X氣體，再加熱反應(yīng)物，其理由是防止加熱條件下H₂與空氣混合爆炸；
當(dāng)反應(yīng)引發(fā)后，移走酒精燈，反應(yīng)能繼續(xù)進(jìn)行，其原因是Mg與SiO₂的反應(yīng)是放熱反應(yīng)．
（3）反應(yīng)結(jié)束后，待冷卻至常溫時(shí)，往反應(yīng)后的混合物中加入稀鹽酸，可觀察到閃亮的火星，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因用化學(xué)方程式表示為：①M(fèi)g₂Si+4HCl=2MgCl₂+SiH₄↑，②SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．
（4）這樣制得的硅會(huì)混有雜質(zhì)（如SiO₂等）而稱粗硅，有人設(shè)計(jì)了如下流程進(jìn)行提純

相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)如下：

物質(zhì)	Si	SiCl4
沸點(diǎn)/℃	2355	57.6

操作（I）的名稱是蒸餾．涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式有：Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄；SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+4HCl．

Answer 1

分析 Mg為活潑金屬，在空氣中點(diǎn)燃可以和O₂、CO₂、H₂O反應(yīng)，在工業(yè)中利用鎂制取硅：需排盡裝置中的空氣，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)通入氣體X作為保護(hù)氣，X由稀硫酸制得，根據(jù)題干（1）信息可知，用鋅和稀硫酸制得的氫氣排空裝置中的空氣，氫氣和空氣的混合氣體燃燒會(huì)發(fā)生爆炸，所以反應(yīng)開(kāi)始前應(yīng)該先通氫氣排盡裝置中的空氣，X為氫氣，通過(guò)濃硫酸進(jìn)行干燥，當(dāng)反應(yīng)開(kāi)始后，移走酒精燈反應(yīng)能繼續(xù)進(jìn)行，Mg與SiO₂反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，待冷卻至常溫時(shí)，往反應(yīng)后的混合物中加入稀鹽酸發(fā)生Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑，SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．
（1）Mg可以與CO₂、N₂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，Mg與氫氣不能發(fā)生反應(yīng)；制備氫氣用稀硫酸和鋅粒，通過(guò)濃硫酸干燥；
（2）不純的氫氣燃燒會(huì)發(fā)生爆炸；Mg與SiO₂反應(yīng)的條件是加熱，反應(yīng)的條件由反應(yīng)放熱維持；
（3）Mg₂Si遇鹽酸迅速反應(yīng)生成SiH₄（硅烷），SiH₄在常溫下是一種不穩(wěn)定、易自燃的氣體；
（4）硅會(huì)混有雜質(zhì)（如SiO₂等）而稱粗硅，Si與氯氣反應(yīng)生成生成四氯化硅，SiCl4沸點(diǎn)低（57.6），使SiCl₄從裝置B中逸出與H₂充分混合，應(yīng)該使四氯化硅轉(zhuǎn)化為氣體，再用氫氣還原四氯化硅得到純凈的Si．

解答 解：（1）Mg可以與CO₂、N₂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，Mg與氫氣不能發(fā)生反應(yīng)，因此可用氫氣作為保護(hù)氣；選用的藥品為稀硫酸和鋅粒，再用濃硫酸干燥，所以C為濃硫酸；
故答案為：①；⑥；②；
（2）裝置中有空氣，若不用氫氣排空裝置中的空氣，氫氣和空氣的混合氣體燃燒會(huì)發(fā)生爆炸，所以反應(yīng)開(kāi)始前應(yīng)該先通氫氣排盡裝置中的空氣；Mg與SiO₂反應(yīng)的條件是加熱，停止加熱后，反應(yīng)的條件由反應(yīng)放出的熱量維持，
故答案為：防止加熱條件下H₂與空氣混合爆炸；Mg與SiO₂的反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
（3）Mg₂Si遇鹽酸迅速反應(yīng)生成SiH₄（硅烷），其反應(yīng)的方程式為：Mg₂Si+4HCI=2MgCl₂+SiH₄↑，SiH₄常溫下是一種不穩(wěn)定、易自燃的氣體，反應(yīng)的方程式為SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O，所以往反應(yīng)后的混合物中加入稀鹽酸，可觀察到閃亮的火星；
故答案為：Mg₂Si+4HCl=2MgCl₂+SiH₄↑；SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O；
（4）硅會(huì)混有雜質(zhì)（如SiO₂等）而稱粗硅，Si與氯氣反應(yīng)生成生成四氯化硅，則反應(yīng)的方程式為：Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄，再用氫氣還原四氯化硅得到純凈的Si，其反應(yīng)的方程式為：SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+4HCl，SiCl₄沸點(diǎn)低（57.6），使SiCl₄從裝置中逸出與H₂充分混合，應(yīng)該使四氯化硅轉(zhuǎn)化為氣體，所以對(duì)生成四氯化硅的裝置進(jìn)行蒸餾，得到純凈的四氯化硅，
故答案為：蒸餾；Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄、SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+4HCl．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備原理和裝置選擇、實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)分析判斷，把握物質(zhì)的性質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力．