Question

碳和硅的性質(zhì)相似。碳的最簡單的氫化物為甲烷，硅的最簡單的氫化物為甲硅烷（SiH₄)。甲硅烷是一種無色無味的氣體（其密度比空氣大），不易溶于水，其化學(xué)性質(zhì)比甲烷活潑。在實(shí)驗(yàn)室里制取甲硅烷的方法是：將白凈的細(xì)沙（SiO₂)與鎂粉混合起來，灼燒反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)榛液谏�的硅化鎂（Mg₂Si)和白色的氧化鎂后冷卻到室溫，然后取一定量的灼燒后的殘留物，置于制取甲硅烷的裝置中，滴加稀鹽酸后立即有甲硅烷氣體逸出，并迅速地自燃。

（1）寫出上述內(nèi)容涉及的化學(xué)方程式。

（2）制取甲硅烷的裝置與制取________（填“氧氣”“氫氣”或“氯氣”）的裝置相似。

（3）加入稀鹽酸之前應(yīng)向密閉裝置中通入一會(huì)兒氮?dú)�，其目的是______________。

（4）收集甲硅烷氣體只能采用________法，這是因?yàn)開_______。收集完甲硅烷氣體后不能直接將導(dǎo)氣管從水槽中取出，這是為了防止________，正確的操作方法是________________。

（5）為了研究甲硅烷的化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①將甲硅烷通入少量的高錳酸鉀酸性溶液中，發(fā)現(xiàn)有二氧化錳生成，同時(shí)還生成了所有氣體中最輕的氣體，然后經(jīng)測定得知所得溶液為無色的硅酸鉀（K₂SiO₃）溶液，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________。②將甲硅烷通入少量的硝酸銀溶液，發(fā)現(xiàn)有沉淀生成，然后經(jīng)測定得知沉淀為混合物，其中有二氧化硅。向充分反應(yīng)后的溶液中滴入幾滴稀鹽酸，未發(fā)現(xiàn)有白色沉淀生成；向反應(yīng)后的原溶液中滴入幾滴碳酸鈉溶液，卻發(fā)現(xiàn)有氣泡迅速放出。則將甲硅烷通入硝酸銀溶液中，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________。

（6）制完甲硅烷后，檢驗(yàn)裝置中是否有殘留的甲硅烷的方法是_________________________。

Answer 1

（1）SiO₂+4Mg2MgO+Mg₂Si    Mg₂Si+4HCl====2MgCl₂+SiH₄↑

MgO+2HCl====MgCl₂+H₂O    SiH₄+2O₂====SiO₂+2H₂O

(2)H₂    (3)排盡裝置中的空氣

（4）排水  甲硅烷易與O₂反應(yīng)  空氣進(jìn)入裝置  通入N₂排盡裝置中的SiH₄,然后再將導(dǎo)管從水中取出

（5）①SiH₄+2KMnO₄====2MnO₂↓+H₂↑+K₂SiO₃+H₂O

②SiH₄+8AgNO₃+2H₂O====SiO₂↓+8Ag↓+8HNO₃

(6)將氣體通入KMnO₄酸性溶液，若溶液紫紅色褪去，證明還有SiH₄，若溶液紫紅色不褪，則無SiH₄

解析：（1）依題意，硅化鎂與鹽酸的反應(yīng)可類比硫化亞鐵與鹽酸的反應(yīng)，甲硅烷在空氣中自燃可類比甲烷在空氣中燃燒，化學(xué)方程式為SiO₂+4Mg2MgO+Mg₂Si,

Mg₂Si+4HCl====2MgCl₂+SiH₄↑,MgO+2HCl====MgCl₂+H₂O,SiH₄+2O₂====SiO₂+2H₂O。

（2）制取甲硅烷的原理是“固體+液體氣體”，類似于制氫氣的裝置。（3）因?yàn)榧坠柰樵诳諝庵幸鬃匀迹�所以制取甲硅烷必須在隔絕空氣的條件下進(jìn)行，通入氮?dú)獾哪康氖菫榱伺疟M裝置內(nèi)的空氣。（4）甲硅烷易與氧氣反應(yīng)，只能用排水法收集。收集完甲硅烷氣體后，不能直接將導(dǎo)氣管從水槽中取出，這是為了防止空氣進(jìn)入裝置，引起殘余甲硅烷自燃而發(fā)生爆炸。正確的操作方法是：通入氮?dú)馀疟M裝置內(nèi)的甲硅烷氣體，然后再把導(dǎo)氣管從水中取出。（5）依題意，甲硅烷與高錳酸鉀溶液反應(yīng)生成二氧化錳、氫氣、硅酸鉀和水�；瘜W(xué)方程式為SiH₄+2KMnO₄====2MnO₂↓+H₂+K₂SiO₃+H₂O。分析甲硅烷中硅元素化合價(jià)可知，它呈-4價(jià)，因此甲硅烷具有強(qiáng)還原性，能將硝酸銀中+1價(jià)的銀還原成銀單質(zhì)。向反應(yīng)后的溶液中滴加鹽酸，無白色沉淀生成，說明溶液中無銀離子；向反應(yīng)后的溶液中滴加碳酸鈉溶液，產(chǎn)生氣泡，說明原反應(yīng)后溶液中有酸生成。故化學(xué)方程式為SiH₄+8AgNO₃+2H₂O====SiO₂↓+8Ag↓+8HNO₃。（6）制取完甲硅烷后，利用甲硅烷具有強(qiáng)還原性，可以通入高錳酸鉀酸性溶液，若溶液紫紅色褪去，說明還有甲硅烷；若溶液紫紅色沒有變化，則裝置內(nèi)無甲硅烷。