Question

4．“材料”的發(fā)現(xiàn)和使用往往會極大地推動生產(chǎn)、生活的發(fā)展，一些材料的出現(xiàn)甚至具有里程碑式劃時代的意義．請回答下列問題：
SiO₂$→_{高溫}^{ⅠC}$Si（粗）$→_{300℃}^{Ⅱ．HCl}$SiHCl₃$→_{1000-1100℃}^{Ⅲ．過量H_{2}}$Si（純）
（1）無機非金屬材料．高純度單晶硅是典型的無機非金屬材料，又稱“半導體”材料，它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計算機的一場“革命”．這種材料可以按下列方法制備：
①寫出步驟I的化學方程式：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
②步驟II經(jīng)過冷凝得到的SiHCl₃（沸點為33.0℃）中含有少量的SiCl₄（沸點為57.6℃）和HCl（沸點為-84.7℃），提純SiHCl₃的實驗方法是蒸餾或分餾，所用到的玻璃儀器除酒精燈、溫度計、錐形瓶外還需要蒸餾燒瓶和冷凝管．
（2）磁性材料．這種黑色材料含有某種鐵的氧化物，請寫出該氧化物溶于稀硫酸溶液的化學方程式Fe₃O₄+4H₂SO₄═FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O，簡述檢驗所得溶液中較高價態(tài)陽離子的實驗操作方法取少量該溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，說明溶液中含有Fe³⁺．
（3）激光材料．我國是激光技術(shù)先進的國家，紅寶石（Al₂O₃）是最早用于產(chǎn)生激光的材料．請用離子方程式來證明它是一種兩性氧化物：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O．
（4）高分子材料．一種新型高效凈水劑[Al Fe（OH）_nCl_6-n]_m屬于無機高分子材料，它廣泛應用于生活用水和工業(yè)污水的處理，其中鐵元素的化合價為+3．
（5）合金材料．取等質(zhì)量的兩份某鎂鋁合金分別加入足量的稀鹽酸和氫氧化鈉溶液中，產(chǎn)生的H₂體積分別為100ml，90ml則該合金中鎂，鋁的質(zhì)量之比為4：27．
（6）消毒材料．棕黃色強刺激性氣體Cl₂O為國際公認高效安全滅菌消毒劑之一，實驗室可用潮濕的Cl₂與Na₂CO₃反應制取少量Cl₂O，補充完整并配平下列反應方程式：2Cl₂+2Na₂CO₃+H₂O═2NaHCO₃+2NaCl+1 Cl₂O．

Answer 1

分析 （1）①焦炭在高溫下可以置換二氧化硅中的硅；
②根據(jù)熔沸點的不同實現(xiàn)物質(zhì)分離的方法為蒸餾或分餾；所用到的玻璃儀器除酒精燈、溫度計、錐形瓶外還需要蒸餾燒瓶和冷凝管；
（2）具有磁性的黑色材料含有某種鐵的氧化物即Fe₃O₄，與稀硫酸溶液反應生成硫酸鐵、硫酸亞鐵和水；根據(jù)KSCN溶液與三價鐵離子顯血紅色檢驗；
（3）氧化鋁是兩性氧化物，既能和強酸反應又能和強堿反應，均放出氫氣；
（4）根據(jù)AlFe（OH）_nCl_6-n中各元素的化合價代數(shù)和為0計算；
（5）因為鋁與氫氧化鈉溶液反應生成氫氣，而鎂不反應，所以90ml氫氣為鋁與氫氧化鈉溶液反應生成，又鋁和鎂都能與鹽酸反應生成氫氣，所以100ml氫氣為鋁和鎂與鹽酸反應生成，據(jù)此計算；
（6）反應中氯氣是自身氧化還原反應，化合價從0價變化為-1價和+1價，依據(jù)原子守恒和得失電子守恒解答．

解答 解：（1）①工業(yè)上用焦炭在高溫下置換二氧化硅中的硅來制備粗硅，方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
②SiHCl₃（沸點33.0℃）、SiCl₄（沸點57.6℃）、HCl（沸點-84.7℃），他們的沸點不同，根據(jù)沸點的不同實現(xiàn)物質(zhì)分離的方法為蒸餾或分餾，所用到的玻璃儀器除酒精燈、溫度計、錐形瓶外還需要蒸餾燒瓶和冷凝管；故答案為：蒸餾或分餾；蒸餾燒瓶和冷凝管；
（2）具有磁性的黑色材料含有某種鐵的氧化物即Fe₃O₄，與稀硫酸溶液反應生成硫酸鐵、硫酸亞鐵和水，方程式為：Fe₃O₄+4H₂SO₄═FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；因為三價鐵離子遇KSCN溶液顯血紅色，所以檢驗三價鐵離子的實驗操作方法是取少量該溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，說明溶液中含有Fe³⁺；
故答案為：Fe₃O₄+4H₂SO₄═FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；取少量該溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，說明溶液中含有Fe³⁺；
（3）氧化鋁是兩性氧化物，既能和強酸反應又能和強堿反應，離子方程式分別為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；
故答案為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；
（4）化合物中鋁元素顯+3價，氫氧根為-1價，氯元素為-1價，各元素的化合價代數(shù)和為0，故鐵元素的化合價為+3價，故答案為：+3；
（5）因為鋁與氫氧化鈉溶液反應生成氫氣，而鎂不反應，所以90ml氫氣為鋁與氫氧化鈉溶液反應生成，又鋁和鎂都能與鹽酸反應生成氫氣，所以100ml氫氣為鋁和鎂與鹽酸反應生成，根據(jù)得失電子守恒，則鋁生成90ml氫氣，鎂生成100-90=10ml氫氣，所以合金中鎂，鋁的質(zhì)量之比為10×24：90×$\frac{2}{3}$×27=4：27，故答案為：4：27；
（6）反應中氯氣是自身氧化還原反應，化合價從0價變化為-1價和+1價，依據(jù)原子守恒進而電子守恒得到，反應物缺項為H₂O，配平的化學方程式為：2Cl₂+2Na₂CO₃+H₂O=2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O，
故答案為：2；2；H₂O；2；2；1．

點評 本題考查了有關(guān)硅的無機推斷、實驗方案設(shè)計的有關(guān)知識，考查的知識點范圍較廣，題目難度中等，掌握實驗原理的解題的關(guān)鍵，注意常用化學用語的書寫．