Question

碳和硅的性质相似。碳的最简单的氢化物为甲烷，硅的最简单的氢化物为甲硅烷（SiH₄)。甲硅烷是一种无色无味的气体（其密度比空气大），不易溶于水，其化学性质比甲烷活泼。在实验室里制取甲硅烷的方法是：将白净的细沙（SiO₂)与镁粉混合起来，灼烧反应物转变为灰黑色的硅化镁（Mg₂Si)和白色的氧化镁后冷却到室温，然后取一定量的灼烧后的残留物，置于制取甲硅烷的装置中，滴加稀盐酸后立即有甲硅烷气体逸出，并迅速地自燃。

（1）写出上述内容涉及的化学方程式。

（2）制取甲硅烷的装置与制取________（填“氧气”“氢气”或“氯气”）的装置相似。

（3）加入稀盐酸之前应向密闭装置中通入一会儿氮气，其目的是______________。

（4）收集甲硅烷气体只能采用________法，这是因为________。收集完甲硅烷气体后不能直接将导气管从水槽中取出，这是为了防止________，正确的操作方法是________________。

（5）为了研究甲硅烷的化学性质，进行如下实验：①将甲硅烷通入少量的高锰酸钾酸性溶液中，发现有二氧化锰生成，同时还生成了所有气体中最轻的气体，然后经测定得知所得溶液为无色的硅酸钾（K₂SiO₃）溶液，该反应的化学方程式为_______________________。②将甲硅烷通入少量的硝酸银溶液，发现有沉淀生成，然后经测定得知沉淀为混合物，其中有二氧化硅。向充分反应后的溶液中滴入几滴稀盐酸，未发现有白色沉淀生成；向反应后的原溶液中滴入几滴碳酸钠溶液，却发现有气泡迅速放出。则将甲硅烷通入硝酸银溶液中，发生反应的化学方程式为____________________________________。

（6）制完甲硅烷后，检验装置中是否有残留的甲硅烷的方法是_________________________。

Answer 1

（1）SiO₂+4Mg2MgO+Mg₂Si    Mg₂Si+4HCl====2MgCl₂+SiH₄↑

MgO+2HCl====MgCl₂+H₂O    SiH₄+2O₂====SiO₂+2H₂O

(2)H₂    (3)排尽装置中的空气

（4）排水  甲硅烷易与O₂反应  空气进入装置  通入N₂排尽装置中的SiH₄,然后再将导管从水中取出

（5）①SiH₄+2KMnO₄====2MnO₂↓+H₂↑+K₂SiO₃+H₂O

②SiH₄+8AgNO₃+2H₂O====SiO₂↓+8Ag↓+8HNO₃

(6)将气体通入KMnO₄酸性溶液，若溶液紫红色褪去，证明还有SiH₄，若溶液紫红色不褪，则无SiH₄

解析：（1）依题意，硅化镁与盐酸的反应可类比硫化亚铁与盐酸的反应，甲硅烷在空气中自燃可类比甲烷在空气中燃烧，化学方程式为SiO₂+4Mg2MgO+Mg₂Si,

Mg₂Si+4HCl====2MgCl₂+SiH₄↑,MgO+2HCl====MgCl₂+H₂O,SiH₄+2O₂====SiO₂+2H₂O。

（2）制取甲硅烷的原理是“固体+液体气体”，类似于制氢气的装置。（3）因为甲硅烷在空气中易自燃，所以制取甲硅烷必须在隔绝空气的条件下进行，通入氮气的目的是为了排尽装置内的空气。（4）甲硅烷易与氧气反应，只能用排水法收集。收集完甲硅烷气体后，不能直接将导气管从水槽中取出，这是为了防止空气进入装置，引起残余甲硅烷自燃而发生爆炸。正确的操作方法是：通入氮气排尽装置内的甲硅烷气体，然后再把导气管从水中取出。（5）依题意，甲硅烷与高锰酸钾溶液反应生成二氧化锰、氢气、硅酸钾和水。化学方程式为SiH₄+2KMnO₄====2MnO₂↓+H₂+K₂SiO₃+H₂O。分析甲硅烷中硅元素化合价可知，它呈-4价，因此甲硅烷具有强还原性，能将硝酸银中+1价的银还原成银单质。向反应后的溶液中滴加盐酸，无白色沉淀生成，说明溶液中无银离子；向反应后的溶液中滴加碳酸钠溶液，产生气泡，说明原反应后溶液中有酸生成。故化学方程式为SiH₄+8AgNO₃+2H₂O====SiO₂↓+8Ag↓+8HNO₃。（6）制取完甲硅烷后，利用甲硅烷具有强还原性，可以通入高锰酸钾酸性溶液，若溶液紫红色褪去，说明还有甲硅烷；若溶液紫红色没有变化，则装置内无甲硅烷。