Question

3．锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法，该制备过程示意图如图：

（1）1mol焦炭在过程Ⅰ中失去2mol电子．
（2）过程Ⅱ中Cl₂用电解饱和食盐水制备，制备Cl₂的离子方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（3）步骤（2）中的电解过程中，若用甲醇燃料电池作电源，用KOH作电解质，负极反应为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（4）整过生产过程必须严格控制无水，回答下列问题：
①SiCl₄遇水剧烈水解生成SiO₂和一种酸，化学反应方程式为SiCl₄+2H₂O=SiO₂+4HCl．
②干燥Cl₂时从有利于充分干燥和操作安全的角度考虑，需将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入浓H₂SO₄中．冷却的作用是使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水，保持浓硫酸持续的吸水性，同时降低放出的热量．
（5）Zn还原SiCl₄的可逆反应如下：
SiCl₄（g）+2Zn（s）═Si（s）+2ZnCl₂（g）△H＜0下列说法正确的是AC
A．还原过程需在无氧的气氛中进行         B．投入1molZn可生成14g还原产物
C．增加SiCl₄（g）的量，该反应平衡常数不变D．若SiCl₄（g）过量可增大△H的值
（6）有一种由硅制作的材料中常加入Ag₂SO₄，已知某温度下Ag₂SO₄（M=312g/mol）的溶解度为0.624g/100g H₂O，该温度下Ag₂SO₄ 的K_sp=3.2×10^-5；（两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）过程I中发生反应：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，根据碳元素化合价变化计算转移电子；
（2）电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气；
（3）负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水；
（4）①SiCl₄遇水剧烈水解生成SiO₂和一种酸，根据原子守恒可知该酸为HCl；
②使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水，保持浓硫酸持续的吸水性，同时降低放出的热量；
（5）A．Zn、Si在高温条件下都能与氧气反应；
B．反应属于可逆反应，投入的Zn不能完全反应；
C．平衡常数只受温度影响；
D．焓变△H与热化学方程式中SiCl₄的物质的量有关；
（6）令水的质量为100g，则Ag₂SO₄的质量为0.624g，溶液密度约是水的密度，可以计算溶液的体积，进而计算Ag₂SO₄的物质的量浓度，再根据Ksp（Ag₂SO₄）=c²（Ag⁺）c（SO₄^2-）求算．

解答 解：（1）过程I中发生反应：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，反应中碳元素化合价由0价升高为+2价，1mol焦炭在过程Ⅰ中失去2mol电子，故答案为：2；
（2）电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，电解离子方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-
，故答案为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（3）负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水，负极电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（4）①SiCl₄遇水剧烈水解生成SiO₂和一种酸，根据原子守恒可知该酸为HCl，反应方程式为：SiCl₄+2H₂O=SiO₂+4HCl，故答案为：SiCl₄+2H₂O=SiO₂+4HCl；
②将约90℃的潮湿氯气先冷却至12℃，然后再通入浓H₂SO₄中，可使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水，保持浓硫酸持续的吸水性，同时降低放出的热量，
故答案为：使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水，保持浓硫酸持续的吸水性，同时降低放出的热量；
（5）A．Zn、Si在高温条件下都能与氧气反应，所以还原过程需在无氧的气氛中进行，故A正确
B．反应属于可逆反应，投入的Zn不能完全反应，投入1molZn生成还原产物Si的质量小于14g，故B错误；
C．平衡常数只受温度影响，增加SiCl₄（g）的量，该反应平衡常数不变，故C正确；
D．焓变△H与热化学方程式中SiCl₄的物质的量有关，与SiCl₄的用量无关，故D错误，
故选：AC；
（6）令水的质量为100g，则Ag₂SO₄的质量为0.624g，则n（Ag₂SO₄）=$\frac{0.624g}{312g/mol}$=2×10^-3mol，溶液的质量约100.624g，溶液密度约是水的密度，故溶液体积约为100.624ml≈0.1L，则Ag₂SO₄的物质的量浓度为2×10^-2mol/L，c（SO₄^2-）=2×10^-2mol/L，c（Ag⁺）=4×10^-2mol/L，则Ksp（Ag₂SO₄）=c²（Ag⁺）•c（SO₄^2-）=2×10^-2×（4×10^-2）²=3.2×10^-5，
故答案为：3.2×10^-5．

点评 本题以硅的制备为载体，考查硅及其化合物的性质、氧化还原反应计算、原电池、电解原理、化学平衡相关知识、热化学方程式、溶度积计算、对操作的分析评价等，基本属于拼合型题目，需要学生具备扎实的基础，难度中等．