Question

【题目】硅广泛应用于计算机技术领域。工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅制得粗硅。某研究性学习小组在实验条件下对过量炭粉与二氧化硅反应的气体产物成分进行探究。

（1）提出假设

①该反应的气体产物是CO2

②改反应的气体产物是CO

③该反应的气体产物是_________。

（2）设计方案，利用如图所示装置进行实验

（3）查阅资料

①在该实验条件下氮气不与碳、硅、二氧化硅发生反应

②实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO2）饱和溶液混合加热制得氮气

氮气的发生装置可以选择上图中的____，反应的化学方程式为_________。

（4）实验步骤

①连接好装置后，称取12.0g二氧化硅，10.0g碳粉混合均匀，放入质量为48.0g的硬质玻璃管中。放入药品前应进行的操作是__________

②打开弹簧夹，向装置中通入纯净干燥的氮气。

③停止通入氮气后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，发现澄清石灰水（足量）变浑浊。

④待反应结束，停止加热，再缓缓通入一段时间的氮气，冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为60.0g。再缓缓通入氮气的作用为_____________

⑤将石灰水过滤、洗涤、烘干，称量固体质量为10.0g。该操作中过滤、洗涤时用到的玻璃仪器是_____；至少称量____次。

（5）数据处理

根据所得实验数据，该实验中二氧化硅与碳发生反应的化学方程式为_________

（6）实验优化

学习小组有同学认为对实验装置需要进一步完善、改进：

①_______________；②将澄清石灰水换成浓氢氧化钡溶液。

Answer 1

【答案】 CO2、CO的混合物 d NH4Cl+NaNO2N2↑+2H2O+NaCl 检查装置的气密性 赶出实验产生的CO2，确保CO2完全吸收 烧杯、漏斗、玻璃棒 2 3C+2SiO22Si+2CO↑+CO2↑ 在尾气出口处加一点燃的酒精灯（只答增加尾气处理装置不得分）（其他合理答案均可得分）

【解析】（1）过量炭粉与二氧化硅在高温下反应生成的碳的氧化物有一氧化碳和二氧化碳，故假设③该反应的气体产物是CO2、CO的混合物；（3）②实验室用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO2）饱和溶液混合加热制得氮气，属于“液+液制取气体”型，应该选择装置d；氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO2）饱和溶液混合加热制得氮气的同时还生成氯化钠和水，其反应方程式为：NH4Cl+NaNO2N2↑+2H2O+NaCl；（4）①制备气体和有气体参与的实验，放入药品前应先检查装置的气密性；④待反应结束，停止加热，再缓缓通入一段时间的氮气，目的是：赶出实验产生的CO2，确保CO2完全吸收；⑤过滤、洗涤等实验操作中都要用到的玻璃仪器是玻璃棒、漏斗和烧杯；为了确保烘干致恒重，至少称量2次；（5）根据所得实验数据，10.0g碳粉为mol，实验后称量固体质量为10.0g为碳酸钙，根据碳守恒，碳酸钙中碳为0.1mol<mol,故反应中碳除生成二氧化碳外，应该还生成一氧化碳，故该实验中二氧化硅与碳发生反应的化学方程式为：3C+2SiO22Si+2CO↑+CO2↑；（6）对实验装置需要进一步完善、改进，是为防止一氧化碳直接排放到空气中引起污染，则可：在尾气出口处加一点燃的酒精灯将一氧化碳燃烧，以免造成污染。