Question

15．工业上可用焦炭与二氧化硅的混合物在高温下与氯气反应生成SiCl₄和CO，SiCl₄经提纯后用氢气还原得高纯硅．以下是实验室制备SiCl₄的装置示意图．


已知：SiCl₄熔点为-70.0℃，沸点为57.7℃，且遇水易水解．
（1）装置C中的试剂是浓硫酸：装置F的作用为防止F右端的水蒸气进入E与四氯化硅反应，造成产物不纯．
（2）装置A中发生反应的离子方程式为：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑．A装置中，有一处明显错误是无石棉网．
（3）装置D的硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是SiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄+2CO．
（4）G中吸收气体一段时间后，吸收液中肯定存在OH^-、Cl^-和SO₄^2-．为探究该吸收液中可能存在的其它酸根离子（忽略空气中CO₂的影响）．
【提出假设】假设1：只有SO₃^2-；假设2：既无SO₃^2-也无ClO^-：假设3：只有ClO^-．
【设计方案，进行实验】可供选择的实验试剂有：3mol/L H₂SO₄溶液、1mol/L NaOH溶液、溴水、品红溶液、0.01mol/L KMnO₄溶液、淀粉-KI溶液．
各取少量吸收液于a、b、c三支试管中，分别滴加适量的3mol/LH₂SO₄溶液后，进行下列实验．请完成下表：

序号	操作	可能出现的现象	结论
①	向a试管中滴加几滴0.01mol/L的KMnO4（或溴水）溶液	若溶液褪色	则假设1成立
		若溶液不褪色	则假设2或3成立
②	向b试管中滴加几滴品红溶液	若溶液褪色	则假设1或3成立
		若溶液不褪色	假设2成立
③	向C试管中滴加几滴淀粉-KI溶液	若溶液变为蓝色	假设3成立

Answer 1

分析 制备四氯化硅的实验流程：A中发生二氧化锰与浓盐酸的反应生成氯气，MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，B中饱和实验水除去HCl，C装置中浓硫酸干燥氯气，D中发生Si与氯气的反应生成四氯化硅，由信息可知，四氯化硅的沸点低，则E装置冷却可收集四氯化硅，F可防止防止F右端的水蒸气进入E与四氯化硅反应，造成产物不纯，最后G处理含氯气的尾气，
（1）装置C中的试剂应该吸收水而不能吸收氯气，用浓硫酸干燥氯气；四氯化硅遇水极易水解，F可防止空气中的水进入；
（2）二氧化锰和浓盐酸发生氧化还原反应生成氯化锰、氯气和水；A装置中，有一处明显错误是圆底烧瓶加热缺少石棉网；
（3）在D装置中二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅和一氧化碳；
（4）由假设1和假设2可知，要检测的为SO₃^2-和ClO^-，故假设3为只有ClO^-，又因为SO₃^2-会使KMnO₄溶液（或溴水）褪色，而ClO^-不会，所故可以用来检测假设1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，会使品红溶液褪色，所以可以用来检测假设2，ClO^-可以氧化KI反应生成碘单质，遇到淀粉边蓝色，可以用来检测假设3．

解答 解：制备四氯化硅的实验流程：A中发生二氧化锰与浓盐酸的反应生成氯气，MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，B中饱和实验水除去HCl，C装置中浓硫酸干燥氯气，D中发生Si与氯气的反应生成四氯化硅，由信息可知，四氯化硅的沸点低，则E装置冷却可收集四氯化硅，F可防止防止F右端的水蒸气进入E与四氯化硅反应，造成产物不纯，最后G处理含氯气的尾气，
（1）浓盐酸具有挥发性，加热促进挥发，导致制取的氯气中含有氯化氢，为除去氯化氢，装置B中的试剂应该吸收氯化氢而不能吸收氯气，为饱和食盐水，装置C用浓硫酸吸水，四氯化硅遇水极易水解，F可防止右端的水蒸气进入E与四氯化硅反应，造成产物不纯，
故答案为：浓硫酸；防止F右端的水蒸气进入E与四氯化硅反应，造成产物不纯；
（2）装置A是氯气发生装置，A中二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水，其离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，圆底烧瓶底部表面积比较大，需用石棉网确保底部受热均匀，所以A装置中，有一处明显错误是圆底烧瓶加热缺少石棉网，
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑；无石棉网；
（3）在D装置中二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅和一氧化碳，反应为：SiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄+2CO，
故答案为：SiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄+2CO；
（4）由假设1和假设2可知，要检测的为SO₃^2-和ClO^-，故假设3为只有ClO^-，又因为SO₃^2-会使KMnO₄溶液褪色，而ClO^-不会，所故可以用来检测假设1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，会使品红溶液褪色，所以可以用来检测假设2，ClO^-可以氧化KI反应生成碘单质，遇到淀粉边蓝色，可以用来检测假设3，
故答案为：①0.01mol/L的KMnO₄（或溴水）；②品红；③淀粉-KI；若溶液变为蓝色．

点评 本题考查制备实验方案的设计，题目难度中等，涉及氯气的制法、硅的提纯等实验知识，明确制备原理及实验流程中的反应、物质的性质等为解答的关键，试题侧重分析与实验能力的综合考查，培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．