Question

4．硅在無機非金屬材料中，扮演著主要角色，請利用相關(guān)知識回答下列問題：
（1）硅有非常重要的用途，請寫出其中的一種制半導(dǎo)體、制電路板、制太陽能電池板、制硅鋼等．
（2）古瓷中所用顏料成分一直是個謎，近年來科學家才得知大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇（BaCuSi₂O_x，銅為+2價），下列關(guān)于硅酸銅鋇的說法不正確的是D．
A．可用氧化物形式表示為BaO•CuO•2SiO₂     
B．性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色
C．x等于6                                 
D．易溶解于強酸和強堿
（3）工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖如下：

①在電弧爐中發(fā)生的反應(yīng)需要在高溫條件進行，寫出該反應(yīng)化學方程式2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO↑+Si，再利用化學反應(yīng)進行的方向的知識判斷該反應(yīng)的△H＞0（填＜、＞或=）．
②SiCl₄極易水解，其完全水解的化學方程式為SiCl₄+3H₂O=H₂SiO₃↓+4HCl．
③在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，除SiCl₄外，還有SiHCl₃、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl、FeCl₃等，有關(guān)物質(zhì)的沸點數(shù)據(jù)如下表，分離SiCl₄和其他雜質(zhì)的方法為蒸餾（精餾）．

物質(zhì)	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸點/℃	2355	57.6	31.8	8.2	-30.4	-84.9	-111.9

④分離出SiCl₄后的殘余物中含有鐵元素，為了測量殘余物中鐵元素的含量，先將殘余物預(yù)處理，使鐵元素還原成Fe²⁺，再用KMnO₄標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式是：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，某同學稱取1.000g殘余物后，經(jīng)預(yù)處理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取20.00mL試樣溶液，用1.000×10^-3mol/LKMnO₄標準溶液滴定．達到滴定終點時，消耗標準溶液20.00mL，則殘余物中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)是2.8%．

Answer 1

分析 （1）硅位于金屬和非金屬分界線附近，常用作半導(dǎo)體材料，為無機非金屬材料的主角；
（2）A．根據(jù)硅酸鹽中氧化物的書寫順序來書寫；
B．硅酸鹽性質(zhì)穩(wěn)定；
C．硅酸銅鋇的化學式為BaCuSi₂O_X，利用鋇、銅、硅、氧元素的化合價及化合物中正負化合價的代數(shù)和為0來解答；
D．硅酸鹽能和強酸反應(yīng)；
（3）①石英砂主要成分為二氧化硅，粗硅提純是利用碳做還原劑還原二氧化硅為單質(zhì)硅；根據(jù)反應(yīng)不能自發(fā)進行△H-T△S＞0判斷；
②SiCl₄水解生成硅酸和氯化氫；
③根據(jù)題中數(shù)據(jù)，采用精餾（或蒸餾）方法提純SiCl₄；
④根據(jù)KMnO₄溶液具有強氧化性，把二價鐵氧化成三價鐵，本身被還原成二價錳離子結(jié)合得失電子守恒配平；先根據(jù)關(guān)系式5Fe²⁺～MnO₄^-計算出100mL溶液中含有的鐵，最后求出質(zhì)量百分數(shù)．

解答 解：（1）硅位于金屬和非金屬分界線附近，常用作半導(dǎo)體材料，為無機非金屬材料的主角，計算機芯片的主要成分為單質(zhì)硅，太陽能電池的主要成分是硅單質(zhì)，所以硅可制半導(dǎo)體、制電路板、制太陽能電池板、制硅鋼等，
故答案為：制半導(dǎo)體、制電路板、制太陽能電池板、制硅鋼等；
（2）A．硅酸鹽用氧化物形式表示時，書寫順序為：活潑金屬氧化物、不活潑金屬氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸銅鋇用氧化物形式表示：BaO•CuO•2SiO₂，故A正確；
B．BaCuSi₂O₆中銅顯+2價，二價銅離子不容易被還原，所以性質(zhì)較穩(wěn)定，不容易褪色，故B正確；
C．在硅酸銅鋇中的銅元素化合價為+2，硅元素化合價為+4，氧元素的化合價為-2價，鋇元素的化合價為+2價，則由化學式為BaCuSi₂O_X，根據(jù)化合物中正負化合價的代數(shù)和為0可得：（+2）+（+2）+（+4）×2+（-2）×x=0，解得x=6，故C正確；
D．BaCuSi₂O₆是弱酸鹽，所以能和強酸反應(yīng)，和強堿不反應(yīng)，故D錯誤；
故答案為：D；
（3）①石英砂的主要成分是二氧化硅，制備粗硅發(fā)生置換反應(yīng)，SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，該反應(yīng)為△S為正值的反應(yīng)△S＞0，該反應(yīng)不能自發(fā)進行，△H-T△S＞0，所以△H＞0，
故答案為：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO↑+Si；＞；
②SiCl₄水解生成硅酸和氯化氫，反應(yīng)的方程式為：SiCl₄+3H₂O=H₂SiO₃↓+4HCl，故答案為：SiCl₄+3H₂O=H₂SiO₃↓+4HCl；
③利用沸點的不同提純SiCl₄屬于蒸餾，SiCl₄（沸點57.6℃）中含有少量SiHCl₃（沸點33.0℃）和FeCl₃（離子化合物沸點很高），SiH₂Cl₂（沸點8.2℃）、SiH₃Cl（沸點-30.4℃）、由于沸點差別較大，可以通過精餾（或蒸餾）除去雜質(zhì)，
故答案為：精餾（或蒸餾）；
④KMnO₄溶液具有強氧化性，把二價鐵氧化成三價鐵，本身被還原成二價錳離子，再根據(jù)得失電子守恒配平，則離子方程式為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，利用關(guān)系式法計算：
       5Fe^2+_～MnO₄^-
        5     1
  n（Fe²⁺）    1.000×10^-3mol•L^-1×0.02L×5   
解得：n（Fe²⁺）=5×10^-4mol  
鐵元素的質(zhì)量為：5×10^-4mol×56g/mol=2.8×10^-3g，鐵元素的質(zhì)量分數(shù)$\frac{2.8×1{0}^{-3}g}{1g}$×100%=2.8%，
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；2.8%．

點評 本題考查了實驗方案設(shè)計的有關(guān)知識，綜合了氯氣的制法、硅的提純、滴定法等實驗知識，側(cè)重考查了硅及其化合物的有關(guān)知識，注意粗硅的提純反應(yīng)原理，明確硅酸鹽用氧化物形式表示時書寫順序，氧化還原的計算，題目難度中等．