Question

3．鋅還原四氯化硅是一種有著良好應(yīng)用前景的制備硅的方法，該制備過程示意圖如圖：

（1）1mol焦炭在過程Ⅰ中失去2mol電子．
（2）過程Ⅱ中Cl₂用電解飽和食鹽水制備，制備Cl₂的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（3）步驟（2）中的電解過程中，若用甲醇燃料電池作電源，用KOH作電解質(zhì)，負(fù)極反應(yīng)為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（4）整過生產(chǎn)過程必須嚴(yán)格控制無(wú)水，回答下列問題：
①SiCl₄遇水劇烈水解生成SiO₂和一種酸，化學(xué)反應(yīng)方程式為SiCl₄+2H₂O=SiO₂+4HCl．
②干燥Cl₂時(shí)從有利于充分干燥和操作安全的角度考慮，需將約90℃的潮濕氯氣先冷卻至12℃，然后再通入濃H₂SO₄中．冷卻的作用是使水蒸氣冷凝，減少進(jìn)入濃硫酸的水，保持濃硫酸持續(xù)的吸水性，同時(shí)降低放出的熱量．
（5）Zn還原SiCl₄的可逆反應(yīng)如下：
SiCl₄（g）+2Zn（s）═Si（s）+2ZnCl₂（g）△H＜0下列說法正確的是AC
A．還原過程需在無(wú)氧的氣氛中進(jìn)行         B．投入1molZn可生成14g還原產(chǎn)物
C．增加SiCl₄（g）的量，該反應(yīng)平衡常數(shù)不變D．若SiCl₄（g）過量可增大△H的值
（6）有一種由硅制作的材料中常加入Ag₂SO₄，已知某溫度下Ag₂SO₄（M=312g/mol）的溶解度為0.624g/100g H₂O，該溫度下Ag₂SO₄ 的K_sp=3.2×10^-5；（兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）過程I中發(fā)生反應(yīng)：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，根據(jù)碳元素化合價(jià)變化計(jì)算轉(zhuǎn)移電子；
（2）電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣；
（3）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；
（4）①SiCl₄遇水劇烈水解生成SiO₂和一種酸，根據(jù)原子守恒可知該酸為HCl；
②使水蒸氣冷凝，減少進(jìn)入濃硫酸的水，保持濃硫酸持續(xù)的吸水性，同時(shí)降低放出的熱量；
（5）A．Zn、Si在高溫條件下都能與氧氣反應(yīng)；
B．反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，投入的Zn不能完全反應(yīng)；
C．平衡常數(shù)只受溫度影響；
D．焓變△H與熱化學(xué)方程式中SiCl₄的物質(zhì)的量有關(guān)；
（6）令水的質(zhì)量為100g，則Ag₂SO₄的質(zhì)量為0.624g，溶液密度約是水的密度，可以計(jì)算溶液的體積，進(jìn)而計(jì)算Ag₂SO₄的物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)Ksp（Ag₂SO₄）=c²（Ag⁺）c（SO₄^2-）求算．

解答 解：（1）過程I中發(fā)生反應(yīng)：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，反應(yīng)中碳元素化合價(jià)由0價(jià)升高為+2價(jià)，1mol焦炭在過程Ⅰ中失去2mol電子，故答案為：2；
（2）電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，電解離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-
，故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（3）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（4）①SiCl₄遇水劇烈水解生成SiO₂和一種酸，根據(jù)原子守恒可知該酸為HCl，反應(yīng)方程式為：SiCl₄+2H₂O=SiO₂+4HCl，故答案為：SiCl₄+2H₂O=SiO₂+4HCl；
②將約90℃的潮濕氯氣先冷卻至12℃，然后再通入濃H₂SO₄中，可使水蒸氣冷凝，減少進(jìn)入濃硫酸的水，保持濃硫酸持續(xù)的吸水性，同時(shí)降低放出的熱量，
故答案為：使水蒸氣冷凝，減少進(jìn)入濃硫酸的水，保持濃硫酸持續(xù)的吸水性，同時(shí)降低放出的熱量；
（5）A．Zn、Si在高溫條件下都能與氧氣反應(yīng)，所以還原過程需在無(wú)氧的氣氛中進(jìn)行，故A正確
B．反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，投入的Zn不能完全反應(yīng)，投入1molZn生成還原產(chǎn)物Si的質(zhì)量小于14g，故B錯(cuò)誤；
C．平衡常數(shù)只受溫度影響，增加SiCl₄（g）的量，該反應(yīng)平衡常數(shù)不變，故C正確；
D．焓變△H與熱化學(xué)方程式中SiCl₄的物質(zhì)的量有關(guān)，與SiCl₄的用量無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤，
故選：AC；
（6）令水的質(zhì)量為100g，則Ag₂SO₄的質(zhì)量為0.624g，則n（Ag₂SO₄）=$\frac{0.624g}{312g/mol}$=2×10^-3mol，溶液的質(zhì)量約100.624g，溶液密度約是水的密度，故溶液體積約為100.624ml≈0.1L，則Ag₂SO₄的物質(zhì)的量濃度為2×10^-2mol/L，c（SO₄^2-）=2×10^-2mol/L，c（Ag⁺）=4×10^-2mol/L，則Ksp（Ag₂SO₄）=c²（Ag⁺）•c（SO₄^2-）=2×10^-2×（4×10^-2）²=3.2×10^-5，
故答案為：3.2×10^-5．

點(diǎn)評(píng) 本題以硅的制備為載體，考查硅及其化合物的性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)計(jì)算、原電池、電解原理、化學(xué)平衡相關(guān)知識(shí)、熱化學(xué)方程式、溶度積計(jì)算、對(duì)操作的分析評(píng)價(jià)等，基本屬于拼合型題目，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．