Question

8．在電子工業(yè)中利用鎂制取硅的反應為2Mg+SiO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+Si，同時會發(fā)生副反應：2Mg+Si$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg₂Si，Mg₂Si遇鹽酸迅速反應生成SiH₄（硅烷），SiH₄在常溫下是一種不穩(wěn)定、易自燃的氣體．圖是進行Mg與SiO₂反應的實驗裝置．試回答下列問題：

（1）由于O₂和H₂O（g）的存在對該實驗有不良影響，實驗中應通入X氣體作為保護氣．在A、B、C三種儀器中反應開始前的試劑分別是：A①，B⑥，C②（填序號）．
①稀硫酸      ②濃硫酸      ③稀鹽酸      ④石灰石      ⑤純堿      ⑥鋅粒
（2）實驗開始時，必須先通入X氣體，再加熱反應物，其理由是防止加熱條件下H₂與空氣混合爆炸；
當反應引發(fā)后，移走酒精燈，反應能繼續(xù)進行，其原因是Mg與SiO₂的反應是放熱反應．
（3）反應結束后，待冷卻至常溫時，往反應后的混合物中加入稀鹽酸，可觀察到閃亮的火星，產生此現(xiàn)象的原因用化學方程式表示為：①Mg₂Si+4HCl=2MgCl₂+SiH₄↑，②SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．
（4）這樣制得的硅會混有雜質（如SiO₂等）而稱粗硅，有人設計了如下流程進行提純

相關物質的性質如下：

物質	Si	SiCl4
沸點/℃	2355	57.6

操作（I）的名稱是蒸餾．涉及的化學反應方程式有：Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄；SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+4HCl．

Answer 1

分析 Mg為活潑金屬，在空氣中點燃可以和O₂、CO₂、H₂O反應，在工業(yè)中利用鎂制取硅：需排盡裝置中的空氣，實驗中應通入氣體X作為保護氣，X由稀硫酸制得，根據題干（1）信息可知，用鋅和稀硫酸制得的氫氣排空裝置中的空氣，氫氣和空氣的混合氣體燃燒會發(fā)生爆炸，所以反應開始前應該先通氫氣排盡裝置中的空氣，X為氫氣，通過濃硫酸進行干燥，當反應開始后，移走酒精燈反應能繼續(xù)進行，Mg與SiO₂反應是放熱反應，反應結束后，待冷卻至常溫時，往反應后的混合物中加入稀鹽酸發(fā)生Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑，SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．
（1）Mg可以與CO₂、N₂發(fā)生化學反應，Mg與氫氣不能發(fā)生反應；制備氫氣用稀硫酸和鋅粒，通過濃硫酸干燥；
（2）不純的氫氣燃燒會發(fā)生爆炸；Mg與SiO₂反應的條件是加熱，反應的條件由反應放熱維持；
（3）Mg₂Si遇鹽酸迅速反應生成SiH₄（硅烷），SiH₄在常溫下是一種不穩(wěn)定、易自燃的氣體；
（4）硅會混有雜質（如SiO₂等）而稱粗硅，Si與氯氣反應生成生成四氯化硅，SiCl4沸點低（57.6），使SiCl₄從裝置B中逸出與H₂充分混合，應該使四氯化硅轉化為氣體，再用氫氣還原四氯化硅得到純凈的Si．

解答 解：（1）Mg可以與CO₂、N₂發(fā)生化學反應，Mg與氫氣不能發(fā)生反應，因此可用氫氣作為保護氣；選用的藥品為稀硫酸和鋅粒，再用濃硫酸干燥，所以C為濃硫酸；
故答案為：①；⑥；②；
（2）裝置中有空氣，若不用氫氣排空裝置中的空氣，氫氣和空氣的混合氣體燃燒會發(fā)生爆炸，所以反應開始前應該先通氫氣排盡裝置中的空氣；Mg與SiO₂反應的條件是加熱，停止加熱后，反應的條件由反應放出的熱量維持，
故答案為：防止加熱條件下H₂與空氣混合爆炸；Mg與SiO₂的反應是放熱反應；
（3）Mg₂Si遇鹽酸迅速反應生成SiH₄（硅烷），其反應的方程式為：Mg₂Si+4HCI=2MgCl₂+SiH₄↑，SiH₄常溫下是一種不穩(wěn)定、易自燃的氣體，反應的方程式為SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O，所以往反應后的混合物中加入稀鹽酸，可觀察到閃亮的火星；
故答案為：Mg₂Si+4HCl=2MgCl₂+SiH₄↑；SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O；
（4）硅會混有雜質（如SiO₂等）而稱粗硅，Si與氯氣反應生成生成四氯化硅，則反應的方程式為：Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄，再用氫氣還原四氯化硅得到純凈的Si，其反應的方程式為：SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+4HCl，SiCl₄沸點低（57.6），使SiCl₄從裝置中逸出與H₂充分混合，應該使四氯化硅轉化為氣體，所以對生成四氯化硅的裝置進行蒸餾，得到純凈的四氯化硅，
故答案為：蒸餾；Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄、SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+4HCl．

點評 本題考查了物質的制備原理和裝置選擇、實驗步驟的設計分析判斷，把握物質的性質是解題關鍵，題目難度中等，側重于考查學生的實驗探究能力．