单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用炭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:
①四氯化硅遇水极易水解;
②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;
③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)。
(4)为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe2+,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定,反应的离子方程式是:
5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O
①滴定前是否要滴加指示剂? (填“是”或“否”),请说明理由
。
②某同学称取5.000g残留物后,经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液,移取25.00 mL试样溶液,用1.000×10-2 mol/LKMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时,消耗标准溶液20.00 mL,则残留物中铁元素的质量分数是 。
Ⅰ、 四氯化钛是无色液体,沸点为136℃。它极易水解,遇空气中水蒸气即产生“白烟”(TiCl4+H2O=TiOCl2+2HCl↑)。在650℃~850℃下,将氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和一种有毒气体。下图是某科研小组制备TiCl4的反应装置:
其主要操作步骤如下:
①连接好整套装置,在通Cl2前先通入CO2气体并持续一段时间;
②当锥形瓶中TiCl4的量不再增加时,停止加热,从侧管中改通CO2气体直到电炉中的瓷管冷却为止;
③将TiO2、炭粉混合均匀后,装入管式电炉中;
④将电炉升温到800℃,一段时间后改通Cl2,同时在冷凝管中通冷凝水。
试回答下列问题:
(1)正确的操作顺序为(填序号) ;
(2)装置A中的反应的离子方程式为;
(3)C装置中的反应的化学方程式为。
Ⅱ、若该科研小组将刚吸收过少量SO2的NaOH溶液注入装置E对上述实验的尾气进行吸收处理,则吸收尾气一段时间后,吸收液(强碱性)中肯定存在Cl、CO32-、OH
和SO
。请设计实验,探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑盐类的水解).
(1)提出合理假设:
假设1:只存在SO32-;
假设2:既不存在SO32-也不存在ClO-;
假设3:。
(2)设计实验方案,进行实验。请写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂:
a.3mo lL-1 H2SO4 b.0.01mol
L-1 KMnO4 c.1mol
L-1 BaCl2
d.淀粉—KI溶液 e.酚酞试剂 f.品红溶液
实验步骤 |
![]() |
步骤1:取少量吸收液于试管中,滴加3 mol![]() |
|
步骤2:向A试管中滴加1~2滴 (填序号)。 |
若溶液 ,则假设1成立。 否则,则假设2或3成立。 |
步骤3:向B试管中滴加1~2滴 (填序号)。 |
若溶液 ,则假设3成立。 否则,结合步骤2,则假设2成立。 |
Ⅰ、 四氯化钛是无色液体,沸点为136℃。它极易水解,遇空气中水蒸气即产生“白烟”(TiCl4+H2O=TiOCl2+2HCl↑)。在650℃~850℃下,将氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和一种有毒气体。下图是某科研小组制备TiCl4的反应装置:
其主要操作步骤如下:
①连接好整套装置,在通Cl2前先通入CO2气体并持续一段时间;
②当锥形瓶中TiCl4的量不再增加时,停止加热,从侧管中改通CO2气体直到电炉中的瓷管冷却为止;
③将TiO2、炭粉混合均匀后,装入管式电炉中;
④将电炉升温到800℃,一段时间后改通Cl2,同时在冷凝管中通冷凝水。
试回答下列问题:
(1)正确的操作顺序为(填序号) ;
(2)装置A中的反应的离子方程式为;
(3)C装置中的反应的化学方程式为。
Ⅱ、若该科研小组将刚吸收过少量SO2的NaOH溶液注入装置E对上述实验的尾气进行吸收处理,则吸收尾气一段时间后,吸收液(强碱性)中肯定存在Cl、CO32-、OH
和SO
。请设计实验,探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑盐类的水解).
(1)提出合理假设:
假设1:只存在SO32-;
假设2:既不存在SO32-也不存在ClO-;
假设3:。
(2)设计实验方案,进行实验。请写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂:
a.3mo lL-1 H2SO4 b.0.01mol
L-1 KMnO4 c.1mol
L-1 BaCl2
d.淀粉—KI溶液 e.酚酞试剂 f.品红溶液
实验步骤 |
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步骤1:取少量吸收液于试管中,滴加3 mol![]() |
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步骤2:向A试管中滴加1~2滴 (填序号)。 |
若溶液 ,则假设1成立。 否则,则假设2或3成立。 |
步骤3:向B试管中滴加1~2滴 (填序号)。 |
若溶液 ,则假设3成立。 否则,结合步骤2,则假设2成立。 |
工业上测量SO2.N2.O2混合气体中SO2含量的装置如图所示。反应管中装有碘的淀粉溶液。SO2和I2发生的反应为(N2.O2不与I2反应): 。
(1)混合气体进入反应管后,量气管内增加的水的体积等于____________的体积(填气体的分子式)。
(2)反应管内溶液蓝色消失后,没有及时停止通气,则测得SO2含量_______(填“偏高”.“偏低”.或“不受影响”)。
(3)反应管内的碘的淀粉溶液也可以用______________代替(填写物质名称)。
(4)将上述装置改为简易实验装置,除导管外,还需选用的仪器为_______________(填仪器编号)。
a.烧杯 b.试管 c.广口瓶 d.容量瓶 e.量筒 f.单孔塞
g.双孔塞
在一个容积固定的反应器中,有一可左右滑动的密封隔板,两侧分别进行如下图所示的可逆反应。各物质的起始加入量如下:A、B和C均为4.0 mol,D为6.5 mol,F为2.0 mol,设E为x mol。当x在一定范围内变化时,均可以通过调节反应器的温度,使两侧反应都达到平衡,并且隔板恰好处于正中位置。请填写以下空白:
(1)若x=4.5,则右侧反应在起始时向__________(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。欲使起始反应维持向该方向进行,则x的最大取值应小于__________。
(2)若x分别为4.5和5.0,则在这两种情况下,当反应达平衡时,A的物质的量是否相等?__________(填“相等”“不相等”或“不能确定”)。其理由是_______________________。
氨的合成原理为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g);△H= —92.4 KJ·mol—1。现在500℃、20 MPa时,将N2、H2置于一个容积为2 L的密闭容器中发生反应,反应过程中各物质的物质的量变化如下图。回答下列问题:
(1)10 min内以NH3表示的平均反应速率;
(2)在10 ~20 min内:NH3浓度变化的原因可能是;
A.加了催化剂 | B.缩小容器体积 |
C.降低温度 | D.增加NH3物质的量 |
(3)第1次平衡的时间范围为:,
第2次平衡的时间范围为:,
第1次平衡:平衡常数K1 = (带数据的表达式),
第2次平衡时NH3的体积分数;
(4)在反应进行至25 min时:
① 曲线发生变化的原因:
② 达第二次平衡时,新平衡的平衡常数
K2K1(填“大于”、“等于”、“小于”);
(5)在25~40 min时,计算合成氨过程中的反应热△H= 。
(6)根据最新“人工固氮”的研究报道,在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应:
N2(g) + 3H2O(1)2NH3(g) +
O2(g);△H =" a" kJ·mol—1
进一步研究NH3生成量与温度的关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如下表:
T/K |
303 |
313 |
323 |
NH3生成量/(10-6mol) |
4.8 |
5.9 |
6.0 |
①此合成反应的a0;ΔS0,(填“>”、“<”或“=”)
②已知:N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) ΔH= -92 .4kJ·mol—1
2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) = -571.6kJ·mol—1
则常温下氮气与水反应生成氨气与氧气的热化学方程式为: