Question

3．單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎材料．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生成SiCl₄和CO，SiCl₄經(jīng)提純后用氫氣還原得高純硅．以下是實驗室制備SiCl₄的裝置示意圖．

實驗過程中，石英砂中的鐵、鋁等雜質(zhì)也能轉化為相應氯化物，SiCl₄，AlCl₃，F(xiàn)eCl₃遇水均易水解，有關物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：

物質(zhì)	SiCl4	AlCl3	FeCl3
沸點/℃	57.7	-	315
熔點/℃	-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)生的主要反應的化學方程式是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)凝結成固體堵塞導管．
（3）G中吸收尾氣一段時間后，吸收液中肯定存在OH^-、Cl^-和SO₄^2-．請設計實驗，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】假設1：只有SO₃^2-：假設2：既無SO₃^2-也無ClO^-；假設3：只有ClO^-
【設計方案，進行試驗】可供選擇的實驗試劑有：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，分別進行下列實驗：請完成下表：

序號	操作	可能出現(xiàn)的現(xiàn)象	結論
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1成立
		若溶液不褪色	則假設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1或3成立
		若溶液不褪色	則假設2成立
③	向c試管中滴加幾滴淀粉-KI溶液	若溶液變?yōu)樗{色	則假設3成立

Answer 1

分析 制備四氯化硅的實驗流程：A中發(fā)生二氧化錳與濃鹽酸的反應生成氯氣，MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，B中飽和實驗水除去HCl，C裝置中濃硫酸干燥氯氣，D中發(fā)生Si與氯氣的反應生成四氯化硅，由信息可知，四氯化硅的沸點低，則E裝置冷卻可收集四氯化硅，F(xiàn)可防止防止F右端的水蒸氣進入E與四氯化硅反應，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)也能轉化為相應氯化物；
（3）由假設1和假設2可知，要檢測的為SO₃^2-和ClO^-，故假設3為只有ClO^-，又因為SO₃^2-會使KMnO₄溶液褪色，而ClO^-不會，所故可以用來檢測假設1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，會使品紅溶液褪色，所以可以用來檢測假設2，ClO^-可以氧化KI反應生成碘單質(zhì)，遇到淀粉邊藍色，可以用來檢測假設3；
（4）由假設1和假設2可知，要檢測的為SO₃^2-和ClO^-，故假設3為只有ClO^-，又因為SO₃^2-會使KMnO₄溶液（或溴水）褪色，而ClO^-不會，所故可以用來檢測假設1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，會使品紅溶液褪色，所以可以用來檢測假設2，ClO^-可以氧化KI反應生成碘單質(zhì)，遇到淀粉邊藍色，可以用來檢測假設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生成四氯化硅和一氧化碳，反應為：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)也能轉化為相應氯化物，D、E間導管短且粗防止生成物中的AlCl₃，F(xiàn)eCl₃等雜質(zhì)凝結成固體堵塞導管，
故答案為：濃硫酸；防止生成物中的AlCl₃，F(xiàn)eCl₃等雜質(zhì)凝結成固體堵塞導管；
（3）由假設1和假設2可知，要檢測的為SO₃^2-和ClO^-，故假設3為只有ClO^-，又因為SO₃^2-會使KMnO₄溶液褪色，而ClO^-不會，所故可以用來檢測假設1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，會使品紅溶液褪色，所以可以用來檢測假設2，ClO^-可以氧化KI反應生成碘單質(zhì)，遇到淀粉邊藍色，可以用來檢測假設3，故答案為：只有ClO^-；
（3）由假設1和假設2可知，要檢測的為SO₃^2-和ClO^-，故假設3為只有ClO^-，又因為SO₃^2-會使KMnO₄溶液褪色，而ClO^-不會，所故可以用來檢測假設1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，會使品紅溶液褪色，所以可以用來檢測假設2，ClO^-可以氧化KI反應生成碘單質(zhì)，遇到淀粉邊藍色，可以用來檢測假設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{色．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，綜合了氯氣的制法、硅的提純等實驗知識，注意把握制備原理及實驗流程中的反應、物質(zhì)的性質(zhì)等為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的綜合考查，題目難度中等．