Question

4．“材料”的發(fā)現(xiàn)和使用往往會(huì)極大地推動(dòng)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．請回答下列問題：
SiO₂$→_{高溫}^{ⅠC}$Si（粗）$→_{300℃}^{Ⅱ．HCl}$SiHCl₃$→_{1000-1100℃}^{Ⅲ．過量H_{2}}$Si（純）
（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：
①寫出步驟I的化學(xué)方程式：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
②步驟II經(jīng)過冷凝得到的SiHCl₃（沸點(diǎn)為33.0℃）中含有少量的SiCl₄（沸點(diǎn)為57.6℃）和HCl（沸點(diǎn)為-84.7℃），提純SiHCl₃的實(shí)驗(yàn)方法是蒸餾或分餾，所用到的玻璃儀器除酒精燈、溫度計(jì)、錐形瓶外還需要蒸餾燒瓶和冷凝管．
（2）磁性材料．這種黑色材料含有某種鐵的氧化物，請寫出該氧化物溶于稀硫酸溶液的化學(xué)方程式Fe₃O₄+4H₂SO₄═FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O，簡述檢驗(yàn)所得溶液中較高價(jià)態(tài)陽離子的實(shí)驗(yàn)操作方法取少量該溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，說明溶液中含有Fe³⁺．
（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．請用離子方程式來證明它是一種兩性氧化物：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O．
（4）高分子材料．一種新型高效凈水劑[Al Fe（OH）_nCl_6-n]_m屬于無機(jī)高分子材料，它廣泛應(yīng)用于生活用水和工業(yè)污水的處理，其中鐵元素的化合價(jià)為+3．
（5）合金材料．取等質(zhì)量的兩份某鎂鋁合金分別加入足量的稀鹽酸和氫氧化鈉溶液中，產(chǎn)生的H₂體積分別為100ml，90ml則該合金中鎂，鋁的質(zhì)量之比為4：27．
（6）消毒材料．棕黃色強(qiáng)刺激性氣體Cl₂O為國際公認(rèn)高效安全滅菌消毒劑之一，實(shí)驗(yàn)室可用潮濕的Cl₂與Na₂CO₃反應(yīng)制取少量Cl₂O，補(bǔ)充完整并配平下列反應(yīng)方程式：2Cl₂+2Na₂CO₃+H₂O═2NaHCO₃+2NaCl+1 Cl₂O．

Answer 1

分析 （1）①焦炭在高溫下可以置換二氧化硅中的硅；
②根據(jù)熔沸點(diǎn)的不同實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離的方法為蒸餾或分餾；所用到的玻璃儀器除酒精燈、溫度計(jì)、錐形瓶外還需要蒸餾燒瓶和冷凝管；
（2）具有磁性的黑色材料含有某種鐵的氧化物即Fe₃O₄，與稀硫酸溶液反應(yīng)生成硫酸鐵、硫酸亞鐵和水；根據(jù)KSCN溶液與三價(jià)鐵離子顯血紅色檢驗(yàn)；
（3）氧化鋁是兩性氧化物，既能和強(qiáng)酸反應(yīng)又能和強(qiáng)堿反應(yīng)，均放出氫氣；
（4）根據(jù)AlFe（OH）_nCl_6-n中各元素的化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算；
（5）因?yàn)殇X與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氣，而鎂不反應(yīng)，所以90ml氫氣為鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成，又鋁和鎂都能與鹽酸反應(yīng)生成氫氣，所以100ml氫氣為鋁和鎂與鹽酸反應(yīng)生成，據(jù)此計(jì)算；
（6）反應(yīng)中氯氣是自身氧化還原反應(yīng)，化合價(jià)從0價(jià)變化為-1價(jià)和+1價(jià)，依據(jù)原子守恒和得失電子守恒解答．

解答 解：（1）①工業(yè)上用焦炭在高溫下置換二氧化硅中的硅來制備粗硅，方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
②SiHCl₃（沸點(diǎn)33.0℃）、SiCl₄（沸點(diǎn)57.6℃）、HCl（沸點(diǎn)-84.7℃），他們的沸點(diǎn)不同，根據(jù)沸點(diǎn)的不同實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離的方法為蒸餾或分餾，所用到的玻璃儀器除酒精燈、溫度計(jì)、錐形瓶外還需要蒸餾燒瓶和冷凝管；故答案為：蒸餾或分餾；蒸餾燒瓶和冷凝管；
（2）具有磁性的黑色材料含有某種鐵的氧化物即Fe₃O₄，與稀硫酸溶液反應(yīng)生成硫酸鐵、硫酸亞鐵和水，方程式為：Fe₃O₄+4H₂SO₄═FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；因?yàn)槿齼r(jià)鐵離子遇KSCN溶液顯血紅色，所以檢驗(yàn)三價(jià)鐵離子的實(shí)驗(yàn)操作方法是取少量該溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，說明溶液中含有Fe³⁺；
故答案為：Fe₃O₄+4H₂SO₄═FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；取少量該溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，說明溶液中含有Fe³⁺；
（3）氧化鋁是兩性氧化物，既能和強(qiáng)酸反應(yīng)又能和強(qiáng)堿反應(yīng)，離子方程式分別為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；
故答案為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；
（4）化合物中鋁元素顯+3價(jià)，氫氧根為-1價(jià)，氯元素為-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)，故答案為：+3；
（5）因?yàn)殇X與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氣，而鎂不反應(yīng)，所以90ml氫氣為鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成，又鋁和鎂都能與鹽酸反應(yīng)生成氫氣，所以100ml氫氣為鋁和鎂與鹽酸反應(yīng)生成，根據(jù)得失電子守恒，則鋁生成90ml氫氣，鎂生成100-90=10ml氫氣，所以合金中鎂，鋁的質(zhì)量之比為10×24：90×$\frac{2}{3}$×27=4：27，故答案為：4：27；
（6）反應(yīng)中氯氣是自身氧化還原反應(yīng)，化合價(jià)從0價(jià)變化為-1價(jià)和+1價(jià)，依據(jù)原子守恒進(jìn)而電子守恒得到，反應(yīng)物缺項(xiàng)為H₂O，配平的化學(xué)方程式為：2Cl₂+2Na₂CO₃+H₂O=2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O，
故答案為：2；2；H₂O；2；2；1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了有關(guān)硅的無機(jī)推斷、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)，考查的知識(shí)點(diǎn)范圍較廣，題目難度中等，掌握實(shí)驗(yàn)原理的解題的關(guān)鍵，注意常用化學(xué)用語的書寫．