Question

【題目】硅廣泛應用于計算機技術領域。工業上，用焦炭在電爐中還原二氧化硅制得粗硅。某研究性學習小組在實驗條件下對過量炭粉與二氧化硅反應的氣體產物成分進行探究。

（1）提出假設

①該反應的氣體產物是CO2

②改反應的氣體產物是CO

③該反應的氣體產物是_________。

（2）設計方案，利用如圖所示裝置進行實驗

（3）查閱資料

①在該實驗條件下氮氣不與碳、硅、二氧化硅發生反應

②實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO2）飽和溶液混合加熱制得氮氣

氮氣的發生裝置可以選擇上圖中的____，反應的化學方程式為_________。

（4）實驗步驟

①連接好裝置后，稱取12.0g二氧化硅，10.0g碳粉混合均勻，放入質量為48.0g的硬質玻璃管中。放入藥品前應進行的操作是__________

②打開彈簧夾，向裝置中通入純凈干燥的氮氣。

③停止通入氮氣后，夾緊彈簧夾，加熱一段時間，發現澄清石灰水（足量）變渾濁。

④待反應結束，停止加熱，再緩緩通入一段時間的氮氣，冷卻至室溫，稱得硬質玻璃管和固體總質量為60.0g。再緩緩通入氮氣的作用為_____________

⑤將石灰水過濾、洗滌、烘干，稱量固體質量為10.0g。該操作中過濾、洗滌時用到的玻璃儀器是_____；至少稱量____次。

（5）數據處理

根據所得實驗數據，該實驗中二氧化硅與碳發生反應的化學方程式為_________

（6）實驗優化

學習小組有同學認為對實驗裝置需要進一步完善、改進：

①_______________；②將澄清石灰水換成濃氫氧化鋇溶液。

Answer 1

【答案】 CO2、CO的混合物 d NH4Cl+NaNO2N2↑+2H2O+NaCl 檢查裝置的氣密性 趕出實驗產生的CO2，確保CO2完全吸收 燒杯、漏斗、玻璃棒 2 3C+2SiO22Si+2CO↑+CO2↑ 在尾氣出口處加一點燃的酒精燈（只答增加尾氣處理裝置不得分）（其他合理答案均可得分）

【解析】（1）過量炭粉與二氧化硅在高溫下反應生成的碳的氧化物有一氧化碳和二氧化碳，故假設③該反應的氣體產物是CO2、CO的混合物；（3）②實驗室用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO2）飽和溶液混合加熱制得氮氣，屬于“液+液制取氣體”型，應該選擇裝置d；氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO2）飽和溶液混合加熱制得氮氣的同時還生成氯化鈉和水，其反應方程式為：NH4Cl+NaNO2N2↑+2H2O+NaCl；（4）①制備氣體和有氣體參與的實驗，放入藥品前應先檢查裝置的氣密性；④待反應結束，停止加熱，再緩緩通入一段時間的氮氣，目的是：趕出實驗產生的CO2，確保CO2完全吸收；⑤過濾、洗滌等實驗操作中都要用到的玻璃儀器是玻璃棒、漏斗和燒杯；為了確保烘干致恒重，至少稱量2次；（5）根據所得實驗數據，10.0g碳粉為mol，實驗后稱量固體質量為10.0g為碳酸鈣，根據碳守恒，碳酸鈣中碳為0.1mol<mol,故反應中碳除生成二氧化碳外，應該還生成一氧化碳，故該實驗中二氧化硅與碳發生反應的化學方程式為：3C+2SiO22Si+2CO↑+CO2↑；（6）對實驗裝置需要進一步完善、改進，是為防止一氧化碳直接排放到空氣中引起污染，則可：在尾氣出口處加一點燃的酒精燈將一氧化碳燃燒，以免造成污染。