Question

2．在工业中利用镁制取硅：2Mg+SiO₂2MgO+Si，同时有副反应发生：2Mg+SiMg₂Si，Mg₂Si遇盐酸迅速反应生成SiH₄（硅烷），SiH₄在常温下是一种不稳定、易分解的气体．如图是进行Mg与SiO₂反应的实验装置：
（1）由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用b（填序号）．
a．石灰石　　　b．锌粒　　　　c．纯碱
（2）实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响，
当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行．
（3）反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸．可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为
①Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑；
②SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 Mg为活泼金属，在空气中点燃可以和O₂、CO₂、H₂O反应，在工业中利用镁制取硅：需排尽装置中的空气，实验中应通入气体X作为保护气，X由稀硫酸制得，根据题干（1）信息可知，用锌和稀硫酸制得的氢气排空装置中的空气，氢气和空气的混合气体燃烧会发生爆炸，所以反应开始前应该先通氢气排尽装置中的空气，X为氢气，通过浓硫酸进行干燥，当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，Mg与SiO₂反应是放热反应，反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸发生Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑，
SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．
（1）Mg可以与CO₂、N₂发生化学反应，Mg与氢气不能发生反应，依据X为氢气选择药品；
（2）实验开始时应先通入氢气排出装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响，然后才能点燃酒精灯，因反应放热，反应开始后移走酒精灯，可利用自身放出的热量维持反应继续进行；
（3）Mg₂Si遇盐酸迅速反应生成SiH₄（硅烷），SiH₄在常温下是一种不稳定、易自燃的气体，反应结束后，向反应后的混合物中加入稀盐酸会发生反应，Mg₂Si与HCl反应生成的SiH₄可自燃，所以会观察到闪亮的火星．

解答 解：Mg为活泼金属，在空气中点燃可以和O₂、CO₂、H₂O反应，在工业中利用镁制取硅：需排尽装置中的空气，实验中应通入气体X作为保护气，X由稀硫酸制得，根据题干（1）信息可知，用锌和稀硫酸制得的氢气排空装置中的空气，氢气和空气的混合气体燃烧会发生爆炸，所以反应开始前应该先通氢气排尽装置中的空气，X为氢气，通过浓硫酸进行干燥，当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，Mg与SiO₂反应是放热反应，反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸发生Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑，SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．
（1）Mg可以与CO₂发生化学反应生成氧化镁和碳，Mg与氢气不能发生反应，因此可用氢气作为保护气，选用的药品为稀硫酸和锌粒，再用浓硫酸干燥，所以试管中的固体药品可选用锌粒，
故答案为：b；
（2）装置中有空气，若不用氢气排空装置中的空气，氢气和空气的混合气体燃烧会发生爆炸，所以反应开始前应该先通氢气排尽装置中的空气；Mg与SiO₂反应的条件是加热，停止加热后，反应的条件由反应放出的热量维持，
故答案为：让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响；该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行；
（3）Mg₂Si遇盐酸迅速反应生成SiH₄（硅烷），其反应的方程式为：Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑，SiH₄常温下是一种不稳定、易自燃的气体，反应的方程式为SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O，所以往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星，
故答案为：Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑；SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．

点评 本题考查了物质实验室制备原理和装置选择，实验步骤的设计分析判断，把握物质性质的应用是解题关键，题目难度中等，侧重于考查学生的实验探究能力．