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- 2021-05-13 发布
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无机非金属材料的主角——硅
[考纲要求] 1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。
考点一 碳、硅单质的存在与性质
1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途
(1)自然界中碳元素既有游离态,又有化合态,而硅元素因有亲氧性,所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体,硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
(2)单质的结构、物理性质与用途比较
碳
硅
结构
金刚石:空间网状结构
石墨:层状结构
晶体硅:与金刚石类似的空间网状结构
物理性质
金刚石熔点高、硬度大
石墨熔点高、质软,有滑腻感
晶体硅为灰黑色固体,有金属光泽、硬度大、熔点高
用途
金刚石用作切割刀具,石墨用作电极、铅笔芯
晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池
2.碳、硅单质的化学性质
碳、硅在参与化学反应时,一般表现还原性。
(2)Si
深度思考
1.从元素周期表的位置看,碳和硅均为ⅣA元素,自然界中有碳的多种单质存在,自然界中有硅的单质吗?为什么?
答案 没有,因为硅有很强的亲氧性,在地壳形成时硅与氧易结合,难分离,因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。
2.硅单质有广泛的用途,用化学方程式表示工业上获取硅单质的过程。
答案 粗硅的制取:SiO2+2CSi+2CO↑
由粗硅制取纯硅(常用方法):
Si(粗)+2Cl2SiCl4
SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl
题组一 新材料、新技术下C、Si的考查
1.下列关于硅的说法中,不正确的是 ( )
A.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,是良好的半导体材料
C.硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应
D.加热到一定温度时,硅能与氯气、氧气等非金属反应
答案 C
解析 硅在常温下能与F2、氢氟酸等发生反应。
2.石墨烯的结构示意图如图所示,下列关于石墨烯的叙述正确
的是( )
A.石墨烯可导电,说明它是电解质
B.石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳
的单质
C.由于C(石墨,s)===C(金刚石,s) ΔH=+1.9 kJ·mol-1知金刚石比石墨烯稳定
D.尽量使用含C的产品,减少使用含C的产品,此举符合“促进低碳经济”的宗旨
答案 B
解析 “石墨烯可由石墨剥离而成”故石墨烯是可以导电的非金属单质,它既不是电解质,也不是非电解质,A项错;石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”都是由碳元素形成的不同的单质,它们互为同素异形体,B项正确;C项中由于石墨转化为金刚石的ΔH>0,是吸热过程,即石墨的能量较金刚石低,因而石墨烯稳定,C项错;C和C都是碳元素,故D项错。
题组二 工业制取高纯硅
3.晶体硅是一种重要的非金属材料,制备纯硅的主要步骤如下:
ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:
Si+3HClSiHCl3+H2
ⅲ.SiHCl3与过量H2在1 000~1 100 ℃反应制得纯硅
已知SiHCl3能与H2O强烈反应,在空气中易自燃。
请回答下列问题:
(1)第ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为__________________________________。
(2)粗硅与HCl反应完全后,经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点-84.7 ℃),提纯SiHCl3采用的方法为__________________。
(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去):
①装置B中的试剂是________________________________________________。
装置C中的烧瓶需要加热,其目的是__________________________________。
②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是__________________________,
装置D不能采用普通玻璃管的原因是___________________________________,
装置D中发生反应的化学方程式为_____________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及__________________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解,取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是______________。
a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液
e.Na2SO3溶液
答案 (1)SiO2+2CSi+2CO↑
(2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3气化
②有固体物质生成 在反应温度下,普通玻璃会软化
SiHCl3+H2Si+3HCl
③排尽装置中的空气 ④bd
解析 (1)根据题给信息,粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得,故反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑。
(2)因HCl易溶于水,而SiHCl3与H2O强烈反应,故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同,采用分馏的方法进行。
(3)①因SiHCl3与水强烈反应,故A中产生的H2必须干燥,故B中的液体一定为浓H2SO4,且C中烧瓶需加热,其目的是使SiHCl3气化,加快与H2的反应。②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅,故D中现象应有固体产生,由题给信息,制纯硅的反应条件为1 000~1 100 ℃,此温度下普通玻璃容易软化。③因高温下H2与O2容易反应而爆炸,故还应排尽装置中的空气。④铁与盐酸反应产生Fe2+,其检验方法常常采用先将Fe2+氧化为Fe3+然后再加入KSCN溶液看是否变血红色来检验。
考点二 碳、硅的氧化物
1.一氧化碳
(1)物理性质:无色气体,有毒,难溶于水。
(2)化学性质
①燃烧:2CO+O22CO2,淡蓝色火焰;
②还原CuO:CuO+COCu+CO2(冶炼金属)。
2.二氧化碳和二氧化硅的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
结构
空间立体网状结构,不存在单个分子
存在单个CO2分子
主要物理性质
硬度大,熔、沸点高,常温下为固体,不溶于水
熔、沸点低,常温下为气体,微溶于水
化 学 性 质
①与水反应
不反应
CO2+H2OH2CO3
②与酸反应
只与氢氟酸反应:SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
不反应
③与碱反应
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
CO2少量:CO2+2NaOH
===Na2CO3+H2O、
CO2过量:CO2+NaOH
===NaHCO3
④与盐反应
如与Na2CO3反应:SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
如与Na2SiO3反应:Na2SiO3+H2O+CO2(不足)===H2SiO3↓+Na2CO3或Na2SiO3+2H2O+2CO2(足量)===H2SiO3↓+2NaHCO3
⑤与碱性氧化物反应
如与CaO反应:SiO2+CaO
CaSiO3
如与Na2O反应:Na2O+CO2
===Na2CO3
用途
光导纤维、光学仪器、电子部件
制饮料、制碳酸盐
深度思考
1.除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法:
(1)CO(CO2):_______________________________________________________。
(2)CO2(CO):_______________________________________________________。
(3)CO2(O2):________________________________________________________。
(4)CO2(SO2):_______________________________________________________。
(5)CO2(HCl):_______________________________________________________。
(6)CO2(H2S):________________________________________________________。
答案 (1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶 (2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管 (3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管 (4)通过饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液 (5)通过饱和NaHCO3溶液 (6)通过CuSO4溶液
2.如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂,则对应答案栏可空着)。
可供选择的试剂:A.盐酸 B.氢氧化钠溶液 C.氧气
D.水 E.二氧化碳
可选用的操作:①水洗;②加热;③高温灼烧;④过滤;⑤结晶。
粉末状混合物
选择的试剂
选用的操作
(1)
CaCO3(SiO2)
(2)
NaCl(SiO2)
(3)
SiO2(Fe2O3)
(4)
SiO2(CaCO3)
(5)
SiO2(H2SiO3)
(6)
SiO2(NH4Cl)
答案 (1)B ④ (2)D ④⑤ (3)A ④ (4)A ④ (5)③ (6)②
解析 可根据二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物;它可跟强碱反应,不跟酸(氢氟酸除外)反应;它受热不分解等性质。而三氧化二铁、碳酸钙跟盐酸反应;硅酸、氯化铵能受热分解。通过一定操作,除去杂质。除杂过程中所发生反应的化学方程式如下:
(1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
(2)Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O
(3)CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O
(4)H2SiO3SiO2+H2O
(5)NH4ClNH3↑+HCl↑
题组一 二氧化硅的结构与性质
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)二氧化硅不与任何酸反应,可用石英制造耐酸容器 ( )
(2013·江苏,3A)
(2)SiO2是酸性氧化物,能与NaOH溶液反应 ( )
(2013·山东理综,13A)
(3)二氧化硅是生产光纤制品的基本原料 ( )
(2013·江苏,4A)
(4)二氧化硅的分子式是SiO2 ( )
(2013·上海,2B)
答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)×
2.指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用,在A~E选项中选择正确答案填入括号内。
(1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O ( )
(2)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ ( )
(3)SiO2+2CSi+2CO↑ ( )
(4)SiO2+3CSiC+2CO↑ ( )
(5)SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O ( )
A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀
B.氧化性
C.酸性氧化物的通性
D.将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
E.未参加氧化还原反应
答案 (1)C (2)D (3)B (4)E (5)A
解析 本题较全面考查SiO2的性质,将所给选项结合实际一一对应查找,A用来雕刻玻璃,应有氢氟酸(HF)参与反应;B中氧化性是指反应中SiO2中Si得电子,化合价降低;D中挥发性酸酐,应为CO2而不是CO;C中表现酸性氧化物通性是指SiO2与碱的反应。
题组二 二氧化碳与弱酸盐溶液反应的规律
3.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2,溶液变浑浊,再升温至65 ℃以上,溶液变澄清
C6H5ONa溶液
B
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去
Ca(ClO)2溶液
D
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊
Ca(OH)2溶液
答案 B
解析 A项,,升温至65 ℃以上,C6H5OH完全溶解,溶液变澄清;B项,CO2+Na2SiO3+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓,H2SiO3与CO2不反应,浑浊不会消失;C项,CO2+Ca(ClO)2+H2O===CaCO3↓+2HClO,溶液变浑浊后加入品红溶液,被HClO氧化褪色;D项,首先CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O,继续通CO2,生成可溶于水的Ca(HCO3)2,再加入足量的NaOH,则:2NaOH+Ca(HCO3)2===CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,溶液又变浑浊。
4.下列实验过程中,始终无明显现象的是 ( )
A.NH3通入FeSO4溶液中
B.CO2通入CaCl2溶液中
C.AlCl3溶液中滴入NaHCO3溶液
D.向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2
答案 B
熟记可用CO2制取的弱酸
碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强,将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、、NaAlO2盐溶液中,均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐,这是“强酸制弱酸”原理的应用。如:
CO2—
CO2+Na2SiO3+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓
(或CO2+Na2SiO3+2H2O===H4SiO4↓+Na2CO3)
CO2+Ca(ClO)2+H2O===CaCO3↓+2HClO
CO2++H2O―→+NaHCO3
CO2(过量)+NaAlO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3
CO2(少量)+2NaAlO2+3H2O===2Al(OH)3↓+Na2CO3
易错警示 CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不会产生白色沉淀,因为碳酸的酸性弱于盐酸。
题组三 CO2与碱溶液反应产物的定量判断
5.标准状况下,将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L-1 NaOH溶液中,充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解) ( )
A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶3
答案 B
解析 n(CO2)==0.150 mol
n(NaOH)=0.200 L×1.00 mol·L-1=0.200 mol
==即1<<2,反应产物为Na2CO3、NaHCO3,设其物质的量分别为x、y,则 解得,所以=。
6.向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体,当通入气体为8.96 L(0 ℃,1.01×105 Pa)时立即停止,则这一过程中,溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计) ( )
答案 C
解析 本题涉及的化学反应方程式:
Ba(OH)2+CO2===BaCO3↓+H2O ①
2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O ②
BaCO3+CO2+H2O===Ba(HCO3)2 ③
Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3 ④
当未通入CO2气体时,溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na+、0.1 mol Ba2+、0.4 mol OH-;当通入2.24 L CO2气体时,发生反应①,此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na+、0.2 mol OH-;当通入4.48 L CO2时,发生反应②,此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na+、0.1 mol CO;当通入6.72 L CO2时,发生反应④,此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na+、0.2 mol HCO;当通入8.96 L CO2时,发生反应③,此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na+、0.1 mol Ba2+、0.4 mol HCO。对比图像可知选项C正确。
1.反应顺序的判断
当有多种组分与一种物质反应时,判断反应顺序的方法:先假设与其中的一种组分反应,若产物还能与另一种组分反应,则假设错误。
如将CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中,假设CO2先与KOH反应,则生成的K2CO3会与Ba(OH)2继续反应生成BaCO3,故假设错误,应该是CO2先与Ba(OH)2反应。
2.CO2与碱反应产物的定量判断
CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关,当CO2通入少量时生成碳酸盐,当CO2通入过量时生成碳酸氢盐;当CO2的通入量介于两者之间时,既有正盐又有酸式盐生成,因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。
以CO2与NaOH溶液反应为例:
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O
CO2+NaOH===NaHCO3
当n(OH-)∶n(CO2)的值不同时产物如下:
考点三 硅酸及硅酸盐
1.硅酸
硅酸不溶于水,其酸性比碳酸弱,硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。
(1)硅酸不稳定,受热易分解:H2SiO3SiO2+H2O。
(2)硅酸能与碱溶液反应,如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O。
(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强,常用作干燥剂。
2.硅酸盐
(1)概念:由硅、氧和金属组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分。
(2)表示方法:硅酸盐矿物的成分复杂,多用氧化物的形式表示它们的组成,如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2O·SiO2,钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
(3)硅酸钠(Na2SiO3)
①白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称水玻璃,有黏性,水溶液显碱性。
②它能与酸性较硅酸强的酸反应,化学方程式分别为
与盐酸反应:Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓。
与CO2水溶液反应:Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3。
③用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。
3.无机非金属材料
(1)传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
常见硅酸盐材料
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔窑
陶瓷窑
(2)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
题组一 无机非金属材料的组成和性质
1.世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说:“中国至少在距今3 000年以前,就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是 ( )
A.制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土
B.玻璃在加热熔化时没有固定的熔点
C.普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D.盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
答案 A
解析 制普通玻璃的原料主要有石灰石、纯碱和石英,A项不正确;普通玻璃是混合物,没有固定的熔点,B正确。
2.青石棉是一种致癌物质,是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一,其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时,还原产物只有NO,下列说法不正确的是 ( )
A.青石棉是一种硅酸盐材料
B.青石棉中含有一定量的石英晶体
C.青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D.1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原
答案 B
解析 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称,故青石棉是一种硅酸盐产品;青石棉是一种纯净物,不可能含有一定量的石英晶体;1 mol Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟硝酸反应时,失去3 mol电子,故能使1 mol HNO3被还原。
3.开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是 ( )
A.氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料
B.C60属于原子晶体,用于制造纳米材料
C.纤维素乙酸酯属于天然高分子材料
D.单晶硅常用于制造光导纤维
答案 A
解析 C60是分子晶体,不是原子晶体,B项不正确;纤维素乙酸酯是人工合成的,不是天然高分子材料,C项错误;制造光导纤维的材料是SiO2而不是Si,D项不正确;答案选A。
(1)不要混淆二氧化硅和硅的用途
用于制作光导纤维的是SiO2,用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。
(2)水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2;珍珠的主要成分是CaCO3;钻石是金刚石;宝石的主要成分是Al2O3。
题组二 碳、硅及其化合物的综合推断
4.A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素,它们能发生如图所示的转化关系,该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。
请回答下列问题:
(1)写出各物质的化学式:A__________;B__________;C__________;D__________;E__________。
(2)写出反应①的化学方程式:__________________________________________,
该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(3)写出反应④的离子方程式:_________________________________________。
(4)写出反应⑤的离子方程式:__________________________________________。
(5)H2CO3的酸性强于E的,请用离子方程式予以证明:
_____________________________________________________________________。
答案 (1)SiO2 CaSiO3 Na2SiO3 Si H2SiO3
(2)SiO2+2CSi+2CO↑ 1∶2
(3)Si+2OH-+H2O===SiO+2H2↑
(4)SiO+Ca2+===CaSiO3↓
(5)SiO+CO2+H2O===H2SiO3↓+CO
解析 解答本题的“突破口(1)”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气,说明是硅及其化合物之间的转化。“突破口(2)”是反应条件“高温”,A在高温条件下,能与焦炭、CaCO3发生反应,则A为SiO2。从而顺藤摸瓜推知B为CaSiO3,D为Si,E为H2SiO3。
(1)解答无机推断题的思维模型
(2)解答硅及其化合物的推断题,高温反应条件、特征反应、单质与碱反应、盐溶液与过量盐酸反应产生白色沉淀等往往是推断题的“突破口”。
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)SiO2有导电性,所以SiO2可用于制备光导纤维 (×)
(2013·广东理综,12B)
解析 SiO2不能导电。
(2)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料 (√)
(2013·新课标全国卷,8B)
(3)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料 (×)
(2013·新课标全国卷,8D)
解析 合成纤维不是无机非金属材料而是有机物。
(4)变色硅胶干燥剂含有CoCl2,干燥剂呈蓝色时,表示不具有吸水干燥功能 (×)
(2013·浙江理综,8A)
(5)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中 (×)
(2013·海南,4B)
解析 应用橡胶塞。
(6)SiO2与酸、碱均不反应 (×)
(2013·天津理综,2B)
解析 SiO2与氢氟酸、NaOH均反应。
(7)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体,出现白色沉淀,则H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强 (×)
(2013·江苏,13C)
解析 酸性H2CO3>H2SiO3。
(8)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂 (√)
(2013·江苏,4B)
2.(2013·海南,9改编)“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2,其基本过程如下图所示(部分条件及物质未标出)。
下列有关该方法的叙述中正确的是 ( )
①能耗大是该方法的一大缺点
②整个过程中,只有一种物质可以循环利用
③“反应分离”环节中,分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤
④该方法可减少碳排放,捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
答案 D
解析 ①,该方法中高温反应炉分离出CO2,需要消耗较多能量;②,整个过程中NaOH和CaO均可循环利用;③,从捕捉室中得到的溶液中含有大量的NaHCO3,加入CaO后生成CaCO3和NaOH,通过过滤的方法即可分离;④,捕捉到的CO2可与H2反应制备甲醇:CO2+3H2CH3OH+H2O。
3.[2013·浙江理综,28(1)(2)(3)]单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500 ℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下:
a.四氯化硅遇水极易水解;
b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;
c.有关物质的物理常数见下表:
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
-
315
-
熔点/℃
-70.0
-107.2
-
-
-
升华温度/℃
-
-
180
300
162
请回答下列问题:
(1)写出装置A中发生反应的离子方程式:
________________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
(2)装置A中g管的作用是____________;装置C中的试剂是__________;装置E中的h瓶需要冷却的理由是______________________________________________
______________________________________________________________________。
(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是________(填写元素符号)。
答案 (1)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O
(2)平衡气压 浓H2SO4 SiCl4沸点较低,用冷却液可得到液态SiCl4
(3)Al、B、P
解析 依题中信息可知A为Cl2的发生装置,B、C为Cl2净化装置,D中发生反应2Cl2+SiSiCl4,生成SiCl4用E收集,B中为饱和食盐水将氯化氢气体除去,C中应为浓H2SO4除水,由表中数据可知SiCl4沸点较低,用冷却液可得到液态SiCl4;由题中信息粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),即可轻松完成第(3)问。