Question

3．单晶硅是信息产业中重要的基础材料．工业上可用焦炭与二氧化硅的混合物在高温下与氯气反应生成SiCl₄和CO，SiCl₄经提纯后用氢气还原得高纯硅．以下是实验室制备SiCl₄的装置示意图．

实验过程中，石英砂中的铁、铝等杂质也能转化为相应氯化物，SiCl₄，AlCl₃，FeCl₃遇水均易水解，有关物质的物理常数见下表：

物质	SiCl4	AlCl3	FeCl3
沸点/℃	57.7	-	315
熔点/℃	-70.0	-	-
升华温度/℃	-	180	300

请回答下列问题：
（1）写出装置A中发生反应的离子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，装置D的硬质玻璃管中发生的主要反应的化学方程式是SiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄+2CO．
（2）装置C中的试剂是浓硫酸；D、E间导管短且粗的原因是防止生成物中的AlCl₃，FeCl₃等杂质凝结成固体堵塞导管．
（3）G中吸收尾气一段时间后，吸收液中肯定存在OH^-、Cl^-和SO₄^2-．请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他酸根离子（忽略空气中CO₂的影响）
【提出假设】假设1：只有SO₃^2-：假设2：既无SO₃^2-也无ClO^-；假设3：只有ClO^-
【设计方案，进行试验】可供选择的实验试剂有：3mol/L　H₂SO₄溶液、1mol/L　NaOH、0.01mol/L　KMnO₄溶液、溴水、淀粉-KI、品红等溶液．
取少量吸收液于试管中，滴加3mol/L　H₂SO₄至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于a、b、c三支试管中，分别进行下列实验：请完成下表：

序号	操作	可能出现的现象	结论
①	向a试管中滴加几滴0.01mol/L的KMnO4（或溴水）溶液	若溶液褪色	则假设1成立
		若溶液不褪色	则假设2或3成立
②	向b试管中滴加几滴品红溶液	若溶液褪色	则假设1或3成立
		若溶液不褪色	则假设2成立
③	向c试管中滴加几滴淀粉-KI溶液	若溶液变为蓝色	则假设3成立

Answer 1

分析 制备四氯化硅的实验流程：A中发生二氧化锰与浓盐酸的反应生成氯气，MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，B中饱和实验水除去HCl，C装置中浓硫酸干燥氯气，D中发生Si与氯气的反应生成四氯化硅，由信息可知，四氯化硅的沸点低，则E装置冷却可收集四氯化硅，F可防止防止F右端的水蒸气进入E与四氯化硅反应，造成产物不纯，最后G处理含氯气的尾气．
（1）二氧化锰和浓盐酸发生氧化还原反应生成氯化锰、氯气和水；在D装置中二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅和一氧化碳；
（2）C装置中浓硫酸干燥氯气；D中石英砂中的铁、铝等杂质也能转化为相应氯化物；
（3）由假设1和假设2可知，要检测的为SO₃^2-和ClO^-，故假设3为只有ClO^-，又因为SO₃^2-会使KMnO₄溶液褪色，而ClO^-不会，所故可以用来检测假设1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，会使品红溶液褪色，所以可以用来检测假设2，ClO^-可以氧化KI反应生成碘单质，遇到淀粉边蓝色，可以用来检测假设3；
（4）由假设1和假设2可知，要检测的为SO₃^2-和ClO^-，故假设3为只有ClO^-，又因为SO₃^2-会使KMnO₄溶液（或溴水）褪色，而ClO^-不会，所故可以用来检测假设1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，会使品红溶液褪色，所以可以用来检测假设2，ClO^-可以氧化KI反应生成碘单质，遇到淀粉边蓝色，可以用来检测假设3．

解答 解：（1）装置A是氯气发生装置，A中二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水，其离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，在D装置中二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅和一氧化碳，反应为：SiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄+2CO，
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑；SiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄+2CO；
（2）C装置中浓硫酸干燥氯气，D中石英砂中的铁、铝等杂质也能转化为相应氯化物，D、E间导管短且粗防止生成物中的AlCl₃，FeCl₃等杂质凝结成固体堵塞导管，
故答案为：浓硫酸；防止生成物中的AlCl₃，FeCl₃等杂质凝结成固体堵塞导管；
（3）由假设1和假设2可知，要检测的为SO₃^2-和ClO^-，故假设3为只有ClO^-，又因为SO₃^2-会使KMnO₄溶液褪色，而ClO^-不会，所故可以用来检测假设1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，会使品红溶液褪色，所以可以用来检测假设2，ClO^-可以氧化KI反应生成碘单质，遇到淀粉边蓝色，可以用来检测假设3，故答案为：只有ClO^-；
（3）由假设1和假设2可知，要检测的为SO₃^2-和ClO^-，故假设3为只有ClO^-，又因为SO₃^2-会使KMnO₄溶液褪色，而ClO^-不会，所故可以用来检测假设1，H₂SO₃和ClO^-具有漂白性，会使品红溶液褪色，所以可以用来检测假设2，ClO^-可以氧化KI反应生成碘单质，遇到淀粉边蓝色，可以用来检测假设3，
故答案为：①0.01mol/L的KMnO₄（或溴水）；②品红；③淀粉-KI；若溶液变为蓝色．

点评 本题考查制备实验方案的设计，综合了氯气的制法、硅的提纯等实验知识，注意把握制备原理及实验流程中的反应、物质的性质等为解答的关键，侧重分析与实验能力的综合考查，题目难度中等．