Question

14．“材料”的發(fā)現(xiàn)和使用往往會極大地推動生產(chǎn)、生活的發(fā)展，一些材料的出現(xiàn)甚至具有里程碑式劃時(shí)代的意義．請你回答以下問題：
（1）無機(jī)非金屬材料，高純度單晶硅是典型的無機(jī)非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料，它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計(jì)算機(jī)的一場“革命”．這種材料可以按下列方法制備：
SiO₂$→_{高溫}^{①C}$Si（粗）$→_{300℃}^{②HCl}$SiHCl₃$→_{1000℃-1100℃}^{③過量H_{2}}$Si（純）
①寫出步驟①的化學(xué)方程式SiO₂+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+2CO↑．
②步驟②經(jīng)過冷凝得到的SiHCl₃（沸點(diǎn)33.0℃）中含有少量的SiCl₄（沸點(diǎn)57.6℃）和HCl（沸點(diǎn)-84.7℃），提純SiHCl₃的主要化學(xué)操作的名稱是蒸餾或分餾；SiHCl₃和SiCl₄一樣遇水可發(fā)生劇烈水解，已知SiHCl₃水解會生成兩種氣態(tài)產(chǎn)物，請寫出其水解的化學(xué)方程式SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl．
③請寫出二氧化硅與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O．
（2）磁性材料．這種材料一般含有鐵元素，鐵是用途最為廣泛的金屬，也較為活潑，所以從它的使用開始就不斷實(shí)施著對它的防護(hù)．最常見的鐵制品腐蝕就是電化學(xué)腐蝕，請出最為普遍的電化學(xué)腐蝕的負(fù)極反應(yīng)式Fe→Fe²⁺+2e^-．
（3）激光材料．我國是激光技術(shù)先進(jìn)的國家，紅寶石（Al₂O₃）是最早用于產(chǎn)生激光的材料，它是一種兩性氧化物，請用離子方程式加以說明：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^-+3H₂O═2[Al（OH）₄]^-．
（4）納米材料．膠體是一種物質(zhì)以“納米”顆粒的形式分散到另一種物質(zhì)里形成的分散系，膠體粒子的直經(jīng)大約是1nm～100nm，三氯化鐵溶液可以加速傷口止血，請簡述原因氯化鐵是電解質(zhì)，使血液膠體聚沉．
（5）高分子材料．可以分成無機(jī)高分子材料和有機(jī)高分子材料．一種新型高效凈水劑
[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m就屬于無機(jī)高分子材料，廣泛應(yīng)用于生活用水和工業(yè)污水處理，其中鐵元素的化合價(jià)為+3價(jià)．一種合成纖維腈綸，又稱“人造羊毛”，由丙烯腈（CH₂=CH-CN）為原料聚合生成，請寫出生成該有機(jī)高分子材料的化學(xué)方程式．

Answer 1

分析 （1）①二氧化硅與碳反應(yīng)生成一氧化碳和硅；
②分離沸點(diǎn)不同的相互溶解的液體可以使用蒸餾法；SiHCl₃水解生成硅酸、氫氣和氯化氫；
③二氧化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和水；
（2）鐵制品發(fā)生的電化學(xué)腐蝕中，金屬鐵作負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）兩性氧化物是指：既能夠與酸又能夠與堿反應(yīng)，生成產(chǎn)物都是鹽和水；
（4）膠體的分散質(zhì)微粒直徑介于1nm～100nm之間，可溶性電解質(zhì)溶液能使膠體聚沉；
（5）依據(jù)化合物中各元素化合價(jià)代數(shù)和為0判斷鐵的化合價(jià)；丙烯腈（CH₂=CH-CN）中的雙鍵能發(fā)生加聚反應(yīng)．

解答 解：（1）①二氧化硅與碳高溫下反應(yīng)生成硅和一氧化碳，方程式：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+2CO↑；
故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si+2CO↑；
②依據(jù)題意可知：經(jīng)過冷凝得到的SiHCl₃（沸點(diǎn)33.0℃）中含有少量的SiCl₄（沸點(diǎn)57.6℃）和HCl（沸點(diǎn)-84.7℃），利用物質(zhì)沸點(diǎn)不同，可以通過蒸餾或者分餾的方法分離提純SiHCl₃，SiHCl₃水解生成硅酸、氫氣和氯化氫，反應(yīng)方程式為：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑，
故答案為：蒸餾或分餾；SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl↑；
③氧化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和水，方程式：SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O；
故答案為：SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O；
（2）在鐵制品的電化學(xué)腐蝕中，金屬鐵作負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：Fe→Fe²⁺+2e^-，
故答案為：Fe→Fe²⁺+2e^-；
（3）氧化鋁與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和水，方程式：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；氧化鋁與堿反應(yīng)生成四羥基合鋁酸鈉，方程式：Al₂O₃+2OH^-+3H₂O═2[Al（OH）₄]^-；
故答案為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^-+3H₂O═2[Al（OH）₄]^-；
（4）膠體的分散質(zhì)微粒直徑范圍：1nm～100nm，膠體聚沉的條件：加熱、攪拌、加入電解質(zhì)等，氯化鐵是電解質(zhì)，能使血液膠體聚沉而止血，
故答案為：1nm～100nm；氯化鐵是電解質(zhì)，使血液膠體聚沉；
（5）[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m中鋁元素顯+3價(jià)，氫氧根為-1價(jià)，各元素的化合價(jià)代數(shù)和為0，故鐵元素的化合價(jià)為+3價(jià)，丙烯腈（CH₂=CH-CN）中的雙鍵能發(fā)生加聚反應(yīng)，方程式為：，
故答案為：+3；．

點(diǎn)評 本題考查了硅的制備和提純及性質(zhì)，膠體的性質(zhì)，兩性氧化物的性質(zhì)，金屬的腐蝕與防護(hù)，高分子反應(yīng)，熟悉相關(guān)知識即可解答，題目難度不大．