Question

3．單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料．工業(yè)上可用焦炭與二氧化硅的混合物在高溫下與氯氣反應(yīng)生成SiCl₄和CO，SiCl₄經(jīng)提純后用氫氣還原得高純硅．以下是實(shí)驗(yàn)室制備SiCl₄的裝置示意圖．

實(shí)驗(yàn)過程中，石英砂中的鐵、鋁等雜質(zhì)也能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氯化物，SiCl₄，AlCl₃，F(xiàn)eCl₃遇水均易水解，有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：

物質(zhì)	SiCl4	AlCl3	FeCl3
沸點(diǎn)/℃	57.7	-	315
熔點(diǎn)/℃	-70.0	-	-
升華溫度/℃	-	180	300

請回答下列問題：
（1）寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，裝置D的硬質(zhì)玻璃管中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是SiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄+2CO．
（2）裝置C中的試劑是濃硫酸；D、E間導(dǎo)管短且粗的原因是防止生成物中的AlCl₃，F(xiàn)eCl₃等雜質(zhì)凝結(jié)成固體堵塞導(dǎo)管．
（3）G中吸收尾氣一段時(shí)間后，吸收液中肯定存在OH^-、Cl^-和SO₄^2-．請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究該吸收液中可能存在的其他酸根離子（忽略空氣中CO₂的影響）
【提出假設(shè)】假設(shè)1：只有SO₃^2-：假設(shè)2：既無SO₃^2-也無ClO^-；假設(shè)3：只有ClO^-
【設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行試驗(yàn)】可供選擇的實(shí)驗(yàn)試劑有：3mol/L　H₂SO₄溶液、1mol/L　NaOH、0.01mol/L　KMnO₄溶液、溴水、淀粉-KI、品紅等溶液．
取少量吸收液于試管中，滴加3mol/L　H₂SO₄至溶液呈酸性，然后將所得溶液分置于a、b、c三支試管中，分別進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：請完成下表：

序號(hào)	操作	可能出現(xiàn)的現(xiàn)象	結(jié)論
①	向a試管中滴加幾滴0.01mol/L的KMnO4（或溴水）溶液	若溶液褪色	則假設(shè)1成立
		若溶液不褪色	則假設(shè)2或3成立
②	向b試管中滴加幾滴品紅溶液	若溶液褪色	則假設(shè)1或3成立
		若溶液不褪色	則假設(shè)2成立
③	向c試管中滴加幾滴淀粉-KI溶液	若溶液變?yōu)樗{(lán)色	則假設(shè)3成立

Answer 1

分析 制備四氯化硅的實(shí)驗(yàn)流程：A中發(fā)生二氧化錳與濃鹽酸的反應(yīng)生成氯氣，MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，B中飽和實(shí)驗(yàn)水除去HCl，C裝置中濃硫酸干燥氯氣，D中發(fā)生Si與氯氣的反應(yīng)生成四氯化硅，由信息可知，四氯化硅的沸點(diǎn)低，則E裝置冷卻可收集四氯化硅，F(xiàn)可防止防止F右端的水蒸氣進(jìn)入E與四氯化硅反應(yīng)，造成產(chǎn)物不純，最后G處理含氯氣的尾氣．
（1）二氧化錳和濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水；在D裝置中二氧化硅和碳和氯氣反應(yīng)生成四氯化硅和一氧化碳；
（2）C裝置中濃硫酸干燥氯氣；D中石英砂中的鐵、鋁等雜質(zhì)也能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氯化物；
（3）由假設(shè)1和假設(shè)2可知，要檢測的為SO₃^2-和ClO^-，故假設(shè)3為只有ClO^-，又因?yàn)镾O₃^2-會(huì)使KMnO₄溶液褪色，而ClO^-不會(huì)，所故可以用來檢測假設(shè)1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，會(huì)使品紅溶液褪色，所以可以用來檢測假設(shè)2，ClO^-可以氧化KI反應(yīng)生成碘單質(zhì)，遇到淀粉邊藍(lán)色，可以用來檢測假設(shè)3；
（4）由假設(shè)1和假設(shè)2可知，要檢測的為SO₃^2-和ClO^-，故假設(shè)3為只有ClO^-，又因?yàn)镾O₃^2-會(huì)使KMnO₄溶液（或溴水）褪色，而ClO^-不會(huì)，所故可以用來檢測假設(shè)1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，會(huì)使品紅溶液褪色，所以可以用來檢測假設(shè)2，ClO^-可以氧化KI反應(yīng)生成碘單質(zhì)，遇到淀粉邊藍(lán)色，可以用來檢測假設(shè)3．

解答 解：（1）裝置A是氯氣發(fā)生裝置，A中二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件下反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，其離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，在D裝置中二氧化硅和碳和氯氣反應(yīng)生成四氯化硅和一氧化碳，反應(yīng)為：SiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄+2CO，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑；SiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄+2CO；
（2）C裝置中濃硫酸干燥氯氣，D中石英砂中的鐵、鋁等雜質(zhì)也能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氯化物，D、E間導(dǎo)管短且粗防止生成物中的AlCl₃，F(xiàn)eCl₃等雜質(zhì)凝結(jié)成固體堵塞導(dǎo)管，
故答案為：濃硫酸；防止生成物中的AlCl₃，F(xiàn)eCl₃等雜質(zhì)凝結(jié)成固體堵塞導(dǎo)管；
（3）由假設(shè)1和假設(shè)2可知，要檢測的為SO₃^2-和ClO^-，故假設(shè)3為只有ClO^-，又因?yàn)镾O₃^2-會(huì)使KMnO₄溶液褪色，而ClO^-不會(huì)，所故可以用來檢測假設(shè)1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，會(huì)使品紅溶液褪色，所以可以用來檢測假設(shè)2，ClO^-可以氧化KI反應(yīng)生成碘單質(zhì)，遇到淀粉邊藍(lán)色，可以用來檢測假設(shè)3，故答案為：只有ClO^-；
（3）由假設(shè)1和假設(shè)2可知，要檢測的為SO₃^2-和ClO^-，故假設(shè)3為只有ClO^-，又因?yàn)镾O₃^2-會(huì)使KMnO₄溶液褪色，而ClO^-不會(huì)，所故可以用來檢測假設(shè)1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，會(huì)使品紅溶液褪色，所以可以用來檢測假設(shè)2，ClO^-可以氧化KI反應(yīng)生成碘單質(zhì)，遇到淀粉邊藍(lán)色，可以用來檢測假設(shè)3，
故答案為：①0.01mol/L的KMnO₄（或溴水）；②品紅；③淀粉-KI；若溶液變?yōu)樗{(lán)色．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，綜合了氯氣的制法、硅的提純等實(shí)驗(yàn)知識(shí)，注意把握制備原理及實(shí)驗(yàn)流程中的反應(yīng)、物質(zhì)的性質(zhì)等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．