Question

已知SiO₂、SO₂和CO₂都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；Mg和Na的化学性质也具有一定相似性．
Ⅰ．用如图所示装置进行Mg与SO₂反应的实验．
（1）选择制取SO₂的合适试剂

 

．
①10%的H₂SO₄溶液   ②80%的H₂SO₄溶液   ③Na₂SO₃固体  ④CaSO₃固体
（2）写出装置B中发生的主要反应的化学方程式

 

．装置C中NaOH溶液的作用是

 

．
（3）你认为该装置是否有不足之处？

 

．如果有，请一一说明

 

．
Ⅱ．某研究小组进行了“实验室制Si”的研究，它们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：
①工业上在高温时用C还原SiO₂可制得Si
②Mg在点燃的条件下即可与SiO₂反应
③金属硅化物与稀H₂SO₄反应生成硫酸盐与SiH₄
④Si和SiO₂均不与稀H₂SO₄反应
⑤SiH₄在空气中自然
他们在研究报告中记载着“…选用合适的物质在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量…在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右”．
（1）该小组“实验室制Si”的化学方程式是

 

．
（2）请简要文字和化学方程式说明的出现爆鸣声和火花的原因：

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：Ⅰ（1）制取SO₂应用浓H₂SO₄和亚硫酸盐；
（2）Mg具有还原性，SO₂具有氧化性，两者发生氧化还原反应；
（3）该装置中：①A中的水蒸气会进入B与Mg反应，在A、B中间应加干燥装置；②Mg能与SiO₂反应，在Mg下方垫一不锈钢片，隔离Mg和SiO₂；③尾气处理装置C试管用胶塞封闭，且无防倒吸装置；
Ⅱ（1）类似于镁和二氧化碳的反应，可生成单质硅和氧化镁；
（2）发现有爆鸣声和火花，说明生成气体，应为SiH₄．

解答： 解：Ⅰ（1）制取SO₂应用浓H₂SO₄和亚硫酸盐，选项中不可选用CaSO₃，因为反应生成的CaSO₄微溶于水，会附在固体表面，阻碍反应进行，故答案为：②③；
（2）Mg具有还原性，SO₂具有氧化性，两者发生氧化还原反应，反应的方程式为2Mg+SO₂

△   .

2MgO+S，二氧化硫可与碱反应，易防止污染空气，
故答案为：2Mg+SO₂

△   .

2MgO+S；吸收多余的SO₂，防止污染环境；
（3）该装置中：①A中的水蒸气会进入B与Mg反应，在A、B中间应加干燥装置；②Mg能与SiO₂反应，在Mg下方垫一不锈钢片，隔离Mg和SiO₂；③尾气处理装置C试管用胶塞封闭，且无防倒吸装置，
故答案为：有；在A和B之间没有连接一个干燥装置；C装置未与大气相通；在镁下方未垫一个不锈钢片，镁与玻璃管反应；未设计一个防倒吸装置；
Ⅱ（1）Mg在点燃的条件下即可与SiO₂反应，由题给信息可知类似于镁和二氧化碳的反应，可生成单质硅和氧化镁，反应的方程式为2Mg+SiO₂

△   .

2MgO+Si，
故答案为：2Mg+SiO₂

△   .

2MgO+Si；
（2）发现有爆鸣声和火花，说明生成气体，应为SiH₄，原因是发生2Mg+Si

△   .

Mg₂Si，Mg₂Si+2H₂SO₄═2MgSO₄+SiH₄↑，SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O，金属镁与生成的硅继续反应生成硅化镁，硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH₄可自燃，
故答案为：金属镁过量，过量的Mg与生成的硅继续反应得到Mg₂Si，Mg₂Si遇硫酸生成可自燃SiH₄．化学方程式：2Mg+Si=Mg₂Si、Mg₂Si+2H₂SO₄=2MgSO₄+SiH₄↑、SiH₄+2O₂=SiO₂+2H₂O．

点评：本题以镁和二氧化硅的反应为载体综合考查学生的分析能力和实验能力，为高考常见题型，注意把握物质的性质以及实验原理，把握实验的基本操作方法，难度不大．