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4.“材料”的发现和使用往往会极大地推动生产、生活的发展,一些材料的出现甚至具有里程碑式划时代的意义.请回答下列问题:
SiO2$→_{高温}^{ⅠC}$Si(粗)$→_{300℃}^{Ⅱ.HCl}$SiHCl3$→_{1000-1100℃}^{Ⅲ.过量H_{2}}$Si(纯)
(1)无机非金属材料.高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”.这种材料可以按下列方法制备:
①写出步骤I的化学方程式:SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑.
②步骤II经过冷凝得到的SiHCl3(沸点为33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点为57.6℃)和HCl(沸点为-84.7℃),提纯SiHCl3的实验方法是蒸馏或分馏,所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶外还需要蒸馏烧瓶和冷凝管.
(2)磁性材料.这种黑色材料含有某种铁的氧化物,请写出该氧化物溶于稀硫酸溶液的化学方程式Fe3O4+4H2SO4═FeSO4+Fe2(SO43+4H2O,简述检验所得溶液中较高价态阳离子的实验操作方法取少量该溶液于试管中,滴入几滴KSCN溶液,溶液变为红色,说明溶液中含有Fe3+
(3)激光材料.我国是激光技术先进的国家,红宝石(Al2O3)是最早用于产生激光的材料.请用离子方程式来证明它是一种两性氧化物:Al2O3+6H+═2Al3++3H2O、Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O.
(4)高分子材料.一种新型高效净水剂[Al Fe(OH)nCl6-n]m属于无机高分子材料,它广泛应用于生活用水和工业污水的处理,其中铁元素的化合价为+3.
(5)合金材料.取等质量的两份某镁铝合金分别加入足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液中,产生的H2体积分别为100ml,90ml则该合金中镁,铝的质量之比为4:27.
(6)消毒材料.棕黄色强刺激性气体Cl2O为国际公认高效安全灭菌消毒剂之一,实验室可用潮湿的Cl2与Na2CO3反应制取少量Cl2O,补充完整并配平下列反应方程式:2Cl2+2Na2CO3+H2O═2NaHCO3+2NaCl+1 Cl2O.

分析 (1)①焦炭在高温下可以置换二氧化硅中的硅;
②根据熔沸点的不同实现物质分离的方法为蒸馏或分馏;所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶外还需要蒸馏烧瓶和冷凝管;
(2)具有磁性的黑色材料含有某种铁的氧化物即Fe3O4,与稀硫酸溶液反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水;根据KSCN溶液与三价铁离子显血红色检验;
(3)氧化铝是两性氧化物,既能和强酸反应又能和强碱反应,均放出氢气;
(4)根据AlFe(OH)nCl6-n中各元素的化合价代数和为0计算;
(5)因为铝与氢氧化钠溶液反应生成氢气,而镁不反应,所以90ml氢气为铝与氢氧化钠溶液反应生成,又铝和镁都能与盐酸反应生成氢气,所以100ml氢气为铝和镁与盐酸反应生成,据此计算;
(6)反应中氯气是自身氧化还原反应,化合价从0价变化为-1价和+1价,依据原子守恒和得失电子守恒解答.

解答 解:(1)①工业上用焦炭在高温下置换二氧化硅中的硅来制备粗硅,方程式为:SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑,故答案为:SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑;
②SiHCl3(沸点33.0℃)、SiCl4(沸点57.6℃)、HCl(沸点-84.7℃),他们的沸点不同,根据沸点的不同实现物质分离的方法为蒸馏或分馏,所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶外还需要蒸馏烧瓶和冷凝管;故答案为:蒸馏或分馏;蒸馏烧瓶和冷凝管;
(2)具有磁性的黑色材料含有某种铁的氧化物即Fe3O4,与稀硫酸溶液反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水,方程式为:Fe3O4+4H2SO4═FeSO4+Fe2(SO43+4H2O;因为三价铁离子遇KSCN溶液显血红色,所以检验三价铁离子的实验操作方法是取少量该溶液于试管中,滴入几滴KSCN溶液,溶液变为红色,说明溶液中含有Fe3+
故答案为:Fe3O4+4H2SO4═FeSO4+Fe2(SO43+4H2O;取少量该溶液于试管中,滴入几滴KSCN溶液,溶液变为红色,说明溶液中含有Fe3+
(3)氧化铝是两性氧化物,既能和强酸反应又能和强碱反应,离子方程式分别为:Al2O3+6H+═2Al3++3H2O、Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O;
故答案为:Al2O3+6H+═2Al3++3H2O、Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O;
(4)化合物中铝元素显+3价,氢氧根为-1价,氯元素为-1价,各元素的化合价代数和为0,故铁元素的化合价为+3价,故答案为:+3;
(5)因为铝与氢氧化钠溶液反应生成氢气,而镁不反应,所以90ml氢气为铝与氢氧化钠溶液反应生成,又铝和镁都能与盐酸反应生成氢气,所以100ml氢气为铝和镁与盐酸反应生成,根据得失电子守恒,则铝生成90ml氢气,镁生成100-90=10ml氢气,所以合金中镁,铝的质量之比为10×24:90×$\frac{2}{3}$×27=4:27,故答案为:4:27;
(6)反应中氯气是自身氧化还原反应,化合价从0价变化为-1价和+1价,依据原子守恒进而电子守恒得到,反应物缺项为H2O,配平的化学方程式为:2Cl2+2Na2CO3+H2O=2NaHCO3+2NaCl+Cl2O,
故答案为:2;2;H2O;2;2;1.

点评 本题考查了有关硅的无机推断、实验方案设计的有关知识,考查的知识点范围较广,题目难度中等,掌握实验原理的解题的关键,注意常用化学用语的书写.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:填空题

11.现有下列八种物质:①HCl气体  ②Cu  ③C2H5OH ④CO2 ⑤CuSO4•5H2O ⑥FeCl3固体  ⑦Ba(OH)2溶液 ⑧熔融Al2(SO43
(1)属于电解质的是①⑤⑥⑧;属于非电解质的是③④;所给状态能导电的电解质是⑧; (填所给物质的序号)
(2)CuSO4•5H2O在水中的电离方程式为CuSO4=Cu2++SO42-

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

12.对于相同物质的量的SO2和SO3,下列说法中正确的是(  )
A.硫元素的质量比为5:4B.任何情况下体积比均为1:1
C.含有的O2、O3两分子数之比为1:1D.SO2、SO3两分子数之比为1:1

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

12.高碘酸钾(KIO4)为无色晶体,在分析化学中常用作氧化剂.
Ⅰ.高碘酸钾的制备
步骤①称取1.270g碘溶于适量的水中,通入足量氯气将I2氧化为高碘酸(HIO4).
步骤②向步骤①所得溶液中加入适量氢氧化钾溶液中和.
步骤③将步骤②所得溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶等操作得KIO4晶体.
(1)步骤①将I2氧化为HIO4,至少需要消耗0.784L(标准状况)Cl2
(2)步骤①所得溶液用0.200mol•L-1KOH溶液中和至中性时(HIO4为强酸,假定溶液中不含Cl2和HClO),则消耗0.200mol•L-1KOH溶液的体积为400mL.
Ⅱ.用高碘酸钾测定甘油的含量

相关反应:C3H8O3(甘油)+2HIO4=2HCHO+HCOOH+2HIO3+H2O
HIO3+5KI+5HCl=3I2+5KCl+3H2O
HIO4+7KI+7HCl=4I2+7KCl+4H2O
I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6
(3)用0.2000mol•L-1Na2S2O3标准溶液滴定时,判断达到滴定终点的现象是滴入最后一滴标准液时,溶液蓝色刚好褪去,且保持30秒不恢复原来的颜色.
(4)已知滴定至终点时消耗Na2S2O3溶液20.00mL,计算甘油样品的纯度(请给出计算过程).

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

19.在周期表中1~36号之间的A、B、C、D、E、F六种元素,它们的原子序数依次增大,已知A与其余五种元素既不同周期也不同主族,B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代,C元素原子的最外层有3个自旋方向相同的未成对电子,D原子核外电子有8种不同的运动状态,E元素在第四周期,E的基态原子中未成对电子数是核外电子总数的$\frac{1}{4}$,F元素位于周期表的ds区,其基态原子最外能层只有一个电子.
(1)写出基态E原子的价电子排布图3d54s1
(2)B、C、D三种元素第一电离能由小到大的顺序为C<O<N(用元素符号表示).
(3)B的最高价氧化物对应的水化物分子中,中心原子的杂化类型为sp2杂化,C的单质与化合物BD是等电子体,根据等电子体原理,写出化合物BD的电子式
(4)A2D的沸点在同族元素中最高,其原因是由于水分子间形成氢键,导致沸点升高.A2D由液态形成晶体时密度减小(填“增大”、“不变”或“减小”),其主要原因水形成晶体时,每个水分子与4个水分子形成氢键,构成空间正四面体网状结构,水分子空间利用率低,密度反而减小.(用文字叙述).
(5)已知D、F能形成一种化合物,其晶胞的结构如图所示,则该化合物的化学式为Cu2O.(用元素符号表示)
若相邻D原子和F原子间的距离为a cm,阿伏伽德罗常数为NA,则该晶体的密度为$\frac{27\sqrt{3}}{2{N}_{A}{a}^{3}}$g.cm-3(用含a、NA的符号表示).

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

9.锡及其化合物在生产、生活中有着重要的用途.已知:Sn的熔点为231℃;Sn2+易水解、易被氧化;SnCl4极易水解、熔点为-33℃、沸点为114℃.请按要求回答下列相关问题:

(1)元素锡比同主族碳的周期数大3,锡的原子序数为50.
(2)用于微电子器件生产的锡粉纯度测定:①取1.19g试样溶于稀硫酸中(杂质不参与反应),使Sn完全转化为Sn2+;②加入过量的Fe2(SO43;③用0.1 000mol/L K2Cr2O7溶液滴定(产物中Cr呈+3价),消耗20.00mL.步骤②中加入Fe2(SO43的作用是将Sn2+全部氧化为Sn4+;此锡粉样品中锡的质量分数:60%.
(3)用于镀锡工业的硫酸亚锡(SnSO4)的制备路线如图1:
①步骤Ⅰ加入Sn粉的作用:防止Sn2+被氧化及调节溶液pH.
②步骤Ⅱ用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒.
③步骤Ⅲ生成SnO的离子方程式:Sn2++2HCO3-=SnO↓+2CO2↑+H2O.
④步骤Ⅳ中检验SnO是否洗涤干净的操作是取最后一次滤液少许于试管中,依次滴加足量硝酸、少量硝酸银溶液,观察到无白色沉淀,证明已洗净.
⑤步骤Ⅴ操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、低温干燥.
(4)SnCl4蒸气遇氨及水汽呈浓烟状,因而可制作烟幕弹,其反应的化学方程式为:SnCl4+4NH3+4H2O=Sn(OH)4+4NH4Cl.实验室欲用图2装置制备少量SnCl4(夹持装置略),该装置存在明显缺陷,改进方法是在A、B装置间依次连接盛有饱和食盐水、浓硫酸的洗气瓶.
(5)利用改进后的装置进行实验,当开始装置C中收集到有SnCl4时即可熄灭B处酒精灯,反应仍可持续进行的理由是熔融锡与氯气化合的反应是放热反应,且放出的热足够此反应持续进行.

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

16.在一定温度下将足量的炭和2mol水蒸气混合于1L的密闭容器中,发生如下反应:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),
(1)该反应平衡常数K的表达式K=$\frac{c(CO)c({H}_{2})}{c({H}_{2}O)}$
(2)已知在700℃时,该反应的平衡常数K1=0.6,1 000℃时,该反应的平衡常数K2为1.0,则该反应为的△H>0(填“<0”或“>0”).
(3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是ABD.(填编号)
A、容器中气体的密度不变      B、生成a mol CO的同时消耗a mol H2
C、c(H2O)=c(CO)             D、混合气体的平均相对分子质量不变
(4)在1 000℃下,某时刻CO的物质的量为1.0mol,则此时v=v(填“>”、“=”或“<”),此时H2O(g)的转化率为50%.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

13.以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝,既降低环境污染又可提高铝资源的利用率.已知铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3),其制备实验流程如下:

(1)铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为Al2O3+3H2SO4=Al2(SO43+3H2O.
(2)图中“滤渣”的主要成分为SiO2(填化学式).
(3)加30%的H2O2作用为将Fe2+氧化为Fe3+,其发生的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O,
该反应需控制温度低于40℃,其目的是防止H2O2分解.
(4)煅烧硫酸铝铵晶体,发生的主要反应为:
4[NH4Al(SO42•12H2O]$\frac{\underline{\;1240℃\;}}{\;}$2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O,将产生的气体通过图所示的装置.

①集气瓶中收集到的气体是N2(填化学式).
②足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O(g)外还有SO3、NH3(填化学式).
③KMnO4溶液褪色(MnO4-还原为Mn2+),发生的离子方程式为2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.用容量瓶配制一定物质的量浓度的溶液,该容量瓶必须是(  )
A.干燥的B.不漏水的
C.用欲配制的溶液润洗过的D.标有刻度的

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