Question

17．硅廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域．工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原二氧化硅制得粗硅．某研究性學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)過(guò)量炭粉與二氧化硅反應(yīng)的氣體產(chǎn)物成分進(jìn)行探究．
（1）提出假設(shè)
①該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO₂
②改反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO
③該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO₂、CO的混合物．
（2）設(shè)計(jì)方案，利用如圖1所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

（3）查閱資料
①在該實(shí)驗(yàn)條件下氮?dú)獠慌c碳、硅、二氧化硅發(fā)生反應(yīng)
②實(shí)驗(yàn)室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱制得氮?dú)�，氮�(dú)獾陌l(fā)生裝置可以選擇圖中2的d，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O+NaCl．
（4）實(shí)驗(yàn)步驟
①連接好裝置后，稱(chēng)取12.0g二氧化硅，10.0g碳粉混合均勻，放入質(zhì)量為48.0g的硬質(zhì)玻璃管中．放入藥品前應(yīng)進(jìn)行的操作是檢查裝置的氣密性
②打開(kāi)彈簧夾，向裝置中通入純凈干燥的氮?dú)猓?br />③停止通入氮?dú)夂�，夾緊彈簧夾，加熱一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)澄清石灰水（足量）變渾濁．
④待反應(yīng)結(jié)束，停止加熱，再緩緩?fù)ㄈ胍欢螘r(shí)間的氮?dú)�，冷卻至室溫，稱(chēng)得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為60.0g．再緩緩?fù)ㄈ氲獨(dú)獾淖饔脼橼s出實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的CO₂，確保CO₂完全吸收
⑤將石灰水過(guò)濾、洗滌、烘干，稱(chēng)量固體質(zhì)量為10.0g．該操作中過(guò)濾、洗滌時(shí)用到的玻璃儀器是燒杯、漏斗、玻璃棒；至少稱(chēng)量2次．
（5）數(shù)據(jù)處理
根據(jù)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)中二氧化硅與碳發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3C+2SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Si+2CO↑+CO₂↑；
（6）實(shí)驗(yàn)優(yōu)化
學(xué)習(xí)小組有同學(xué)認(rèn)為對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置需要進(jìn)一步完善、改進(jìn)：
①在尾氣出口處加一點(diǎn)燃的酒精燈；②將澄清石灰水換成濃氫氧化鋇溶液．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)假設(shè)①②可以得出假設(shè)③的內(nèi)容；
（3）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱反應(yīng)制得氮?dú)�，固體和液體加熱制備氣體選擇發(fā)生裝置，反應(yīng)物有NH₄Cl和NaNO₂，生成物為N₂；
（4）①按上圖連接裝置，并檢查裝置的氣密性；
④根據(jù)前后兩次通入氮?dú)獾臅r(shí)間和減小實(shí)驗(yàn)誤差角度來(lái)分析；
⑤洗滌沉淀在過(guò)濾器中進(jìn)行，稱(chēng)量固體質(zhì)量最少兩次，通過(guò)兩次稱(chēng)量差不超過(guò)0.1g判斷稱(chēng)量是否準(zhǔn)確；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒判斷氣體的組成，根據(jù)質(zhì)量關(guān)系計(jì)算氣體的物質(zhì)的量之間的關(guān)系，進(jìn)而書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（6）一氧化碳是一種有毒氣體，可以通過(guò)點(diǎn)燃來(lái)進(jìn)行尾氣處理．

解答 解：（1）過(guò)量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物可能有：①CO、②CO₂、③CO₂、CO的混合物，
故答案為：CO₂、CO的混合物；
（3）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱反應(yīng)制得氮?dú)�，固體和液體加熱制備氣體選擇發(fā)生裝置d，反應(yīng)物有NH₄Cl和NaNO₂，生成物為N₂，根據(jù)質(zhì)量守恒還應(yīng)用水，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O+NaCl，
故答案為；d；  NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O+NaCl；
（4）①連接好裝置后，稱(chēng)取12.0g二氧化硅，10.0g碳粉混合均勻，放入質(zhì)量為48.0g的硬質(zhì)玻璃管中．放入藥品前應(yīng)進(jìn)行的操作是：檢查裝置的氣密性，
故答案為：檢查裝置的氣密性；
④待反應(yīng)結(jié)束，停止加熱，再緩緩?fù)ㄈ胍欢螘r(shí)間的氮?dú)猓�冷卻至室溫，稱(chēng)得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為60.0g．再緩緩?fù)ㄈ氲獨(dú)獾淖饔脼椋黑s出實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的CO₂，確保CO₂完全吸收，
故答案為：趕出實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的CO₂，確保CO₂完全吸收；
⑤將石灰水過(guò)濾、洗滌、烘干，稱(chēng)量固體質(zhì)量為10.0g．該操作中過(guò)濾、洗滌時(shí)用到的玻璃儀器是燒杯、漏斗、玻璃棒，至少稱(chēng)量2次，
故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒； 2；
（5）12.0g二氧化硅的物質(zhì)的量為=$\frac{12.0g}{60g/mol}$=0.2mol，澄清石灰水變渾濁，說(shuō)明有CO₂氣體生成，
則n（CO₂）=n（CaCO₃）=$\frac{10g}{100g/mol}$=0.1mol，m（CO₂）=0.1mol×44g/mol=4.4g，
反應(yīng)后硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量變化=12g+10g+48g-60g=10g大于4.4g，則生成其氣體為CO₂、CO的混合物，混合氣體中含有CO物質(zhì)的量=$\frac{10g-4.4g}{28g}$=0.2mol，所以CO、CO₂的混合氣體物質(zhì)的量比為2：1，所以方程式為：3C+2SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Si+2CO↑+CO₂↑，
故答案為：3C+2SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Si+2CO↑+CO₂↑；
（6）一氧化碳是一種有毒氣體，可以通過(guò)點(diǎn)燃來(lái)進(jìn)行尾氣處理，故答案為：在尾氣出口處加一點(diǎn)燃的酒精燈．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備，為高考常見(jiàn)題型和高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意把握題給信息，結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)解題，題目難度中等．