Question

1．本月4日，谷歌公司宣布：以60勝O負(fù)1平的戰(zhàn)績(jī)橫掃眾多圍棋高手的神秘棋手“Master”乃是其人工智能產(chǎn)品AlpbaGo的升級(jí)版，人工智能再次成為熱門話題．其中，高純度硅是一種重要的基礎(chǔ)材料．以下是工業(yè)上制取純硅的一種方法：
請(qǐng)回答下列問題（各元素用相應(yīng)的元素符號(hào)表示）：
（1）在上述生產(chǎn)過程中，屬于置換反應(yīng)的有①②③（填反應(yīng)代號(hào)）．
（2）寫出反應(yīng)①的化學(xué)方程式：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;3273K\;}}{\;}$Si+2CO↑；在反應(yīng)①發(fā)生的同時(shí)，會(huì)發(fā)生副反應(yīng)：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;3273K\;}}{\;}$SiC+CO↑．若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的最之比為l：l，則參加反應(yīng)的C和SiO₂的物質(zhì)的量之比為5：2．
（3）寫出反應(yīng)③的化學(xué)方程式SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl．
（4）整個(gè)制備過程中必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧．SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)生成H₂SiO₃、HCl和另一種物質(zhì)．寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式3SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl．
（5）硅的化合物用途也很廣泛，將石英砂和純堿按一定比例混合加熱至1373～1623K反應(yīng)，生成化合物W，其化學(xué)方程式是SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;1373～1623K\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；A、B、C幾種氣體在“節(jié)能減排”中作為減排目標(biāo)的一種氣體是CO₂（填化學(xué)式）；將該氣體通入化合物W的水溶液中的現(xiàn)象為出現(xiàn)渾濁（白色沉淀）．
（6）工業(yè)上：常將硅酸鹽的化學(xué)式表示為氧化物的形式，如：Na₂SiO₃可表示為Na₂O•SiO₂，正長(zhǎng)石的化學(xué)式為KAlSi₃O_x，則x=8，將正長(zhǎng)石的化學(xué)式改寫為氧化物的形式K₂O•Al₂O₃•6SiO₂．

Answer 1

分析 工業(yè)上制取純硅：反應(yīng)①為石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反應(yīng)：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;3273K\;}}{\;}$Si+2CO↑，反應(yīng)②是Si+3HCl$\frac{\underline{\;523-527\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂，反應(yīng)③是SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl，反應(yīng)④為特定條件下的反應(yīng)：CO+H₂O（g）$\frac{\underline{\;催化劑1073K\;}}{\;}$CO₂+H₂．A、B、C分別為CO、CO₂、HCl．
（1）置換反應(yīng)是一種單質(zhì)和一種化合物反應(yīng)生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)；
（2）反應(yīng)①碳和二氧化硅反應(yīng)生成硅和一氧化碳的反應(yīng)，根據(jù)方程式中碳和二氧化硅、硅、碳化硅之間的關(guān)系式計(jì)算；
（3）反應(yīng)③是SiHCl₃被氫氣還原得到硅和氯化氫；
（4）SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)生成H₂SiO₃、HCl和氫氣，根據(jù)反應(yīng)物與生成物來(lái)書寫化學(xué)反應(yīng)方程式；
（5）二氧化硅與碳酸鈉高溫反應(yīng)生成硅酸鈉；A、B、C分別為CO、CO₂、HCl，二氧化碳為溫室效應(yīng)氣體，化合物W為硅酸鈉；
（6）根據(jù)正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，求解x，硅酸鹽由鹽的書寫改寫為氧化物的形式為：活潑金屬氧化物•較活潑金屬氧化物•二氧化硅•水的順序書寫；注意：①氧化物之間以“•”隔開；②系數(shù)配置出現(xiàn)的分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)；③金屬氧化物在前（活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物），非金屬氧化物在后，若同一元素有變價(jià)，那么低價(jià)在前，高價(jià)在后，H₂O一般寫在最后．

解答 解：（1）置換反應(yīng)是一種單質(zhì)和一種化合物反應(yīng)生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)，反應(yīng)①為石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反應(yīng)：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;3273K\;}}{\;}$Si+2CO↑，屬于置換反應(yīng)；反應(yīng)②是Si+3HCl$\frac{\underline{\;523-527\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂，屬于置換反應(yīng)；反應(yīng)③是SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl，屬于置換反應(yīng)；反應(yīng)④為特定條件下的反應(yīng)：CO+H₂O（g）$\frac{\underline{\;催化劑1073K\;}}{\;}$CO₂+H₂，不屬于置換反應(yīng)，所以屬于置換反應(yīng)有①②③，
故答案為：①②③；
（2）反應(yīng)①為石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反應(yīng)：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;3273K\;}}{\;}$Si+2CO↑，在反應(yīng)①發(fā)生的同時(shí)，會(huì)發(fā)生副反應(yīng)：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;3273K\;}}{\;}$SiC+CO↑．根據(jù)反應(yīng)方程式生成1mol Si需C 2mol、SiO₂ 1mol，生成1mol SiC需C 3mol，SiO₂ 1mol，產(chǎn)品中Si與SiC的物質(zhì)的量之比為1：1，則參加反應(yīng)的C和SiO₂物質(zhì)的量之比為5：2，
故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;3273K\;}}{\;}$Si+2CO↑；5：2；
（3）反應(yīng)③是SiHCl₃被氫氣還原得到硅和氯化氫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案為：SiHCl₃+H₂$\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl；
（4）SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)生成H₂SiO₃、HCl和氫氣：3SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl，
故答案為：3SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+H₂↑+3HCl；
（5）二氧化硅與碳酸鈉高溫反應(yīng)生成硅酸鈉，反應(yīng)方程式為：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;1373～1623K\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；A、B、C分別為CO、CO₂、HCl，作為減排目標(biāo)的一種氣體是CO₂，鹽酸、碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，氯化氫或二氧化碳通入硅酸鈉溶液生成硅酸沉淀，所以化合物W為硅酸鈉，能與W反應(yīng)生成沉淀的是CO₂和HCl，所以現(xiàn)象為出現(xiàn)渾濁（白色沉淀），
故答案為：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;1373～1623K\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；CO₂；出現(xiàn)渾濁（白色沉淀）；
（6）正長(zhǎng)石的化學(xué)式是KAlSi₃O_x，正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，正長(zhǎng)石中，鉀為+1、鋁為+3、硅為+4、氧為-2價(jià)，寫成氧化物時(shí)，要特別注意元素守恒，即寫成氧化物前后各種元素的原子數(shù)相等．（+1）+（+3）+3×（+4）+x×（-2）=0，解得x=8；硅酸鹽改寫成氧化物形式時(shí)：活潑的金屬氧化物寫在前面，再寫SiO₂，含有氫元素的H₂O最后寫，KAlSi₃O_x可表示為：K₂O•Al₂O₃•6SiO₂，
故答案為：8；K₂O•Al₂O₃•6SiO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查無(wú)機(jī)物的推斷，主要是物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，物質(zhì)制備流程分析判斷，明確各物質(zhì)的成分是解題的關(guān)鍵，本題側(cè)重硅及其化合物性質(zhì)的考查，注意用氧化物形式表示玻璃組成的順序，題目難度中等．