Question

2．在工業中利用鎂制取硅：2Mg+SiO₂2MgO+Si，同時有副反應發生：2Mg+SiMg₂Si，Mg₂Si遇鹽酸迅速反應生成SiH₄（硅烷），SiH₄在常溫下是一種不穩定、易分解的氣體．如圖是進行Mg與SiO₂反應的實驗裝置：
（1）由于氧氣的存在對該實驗有較大影響，實驗中應通入氣體X作為保護氣，試管中的固體藥品可選用b（填序號）．
a．石灰石　　　b．鋅粒　　　　c．純堿
（2）實驗開始時，必須先通入X氣體，再加熱反應物，其理由是讓氫氣排盡裝置內的空氣，避免空氣中的成分對實驗的影響，
當反應開始后，移走酒精燈反應能繼續進行，其原因是該反應為放熱反應，可利用自身放出的熱量維持反應進行．
（3）反應結束后，待冷卻至常溫時，往反應后的混合物中加入稀鹽酸．可觀察到閃亮的火星，產生此現象的原因用化學方程式表示為
①Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑；
②SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 Mg為活潑金屬，在空氣中點燃可以和O₂、CO₂、H₂O反應，在工業中利用鎂制取硅：需排盡裝置中的空氣，實驗中應通入氣體X作為保護氣，X由稀硫酸制得，根據題干（1）信息可知，用鋅和稀硫酸制得的氫氣排空裝置中的空氣，氫氣和空氣的混合氣體燃燒會發生爆炸，所以反應開始前應該先通氫氣排盡裝置中的空氣，X為氫氣，通過濃硫酸進行干燥，當反應開始后，移走酒精燈反應能繼續進行，Mg與SiO₂反應是放熱反應，反應結束后，待冷卻至常溫時，往反應后的混合物中加入稀鹽酸發生Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑，
SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．
（1）Mg可以與CO₂、N₂發生化學反應，Mg與氫氣不能發生反應，依據X為氫氣選擇藥品；
（2）實驗開始時應先通入氫氣排出裝置內的空氣，避免空氣中的成分對實驗的影響，然后才能點燃酒精燈，因反應放熱，反應開始后移走酒精燈，可利用自身放出的熱量維持反應繼續進行；
（3）Mg₂Si遇鹽酸迅速反應生成SiH₄（硅烷），SiH₄在常溫下是一種不穩定、易自燃的氣體，反應結束后，向反應后的混合物中加入稀鹽酸會發生反應，Mg₂Si與HCl反應生成的SiH₄可自燃，所以會觀察到閃亮的火星．

解答 解：Mg為活潑金屬，在空氣中點燃可以和O₂、CO₂、H₂O反應，在工業中利用鎂制取硅：需排盡裝置中的空氣，實驗中應通入氣體X作為保護氣，X由稀硫酸制得，根據題干（1）信息可知，用鋅和稀硫酸制得的氫氣排空裝置中的空氣，氫氣和空氣的混合氣體燃燒會發生爆炸，所以反應開始前應該先通氫氣排盡裝置中的空氣，X為氫氣，通過濃硫酸進行干燥，當反應開始后，移走酒精燈反應能繼續進行，Mg與SiO₂反應是放熱反應，反應結束后，待冷卻至常溫時，往反應后的混合物中加入稀鹽酸發生Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑，SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．
（1）Mg可以與CO₂發生化學反應生成氧化鎂和碳，Mg與氫氣不能發生反應，因此可用氫氣作為保護氣，選用的藥品為稀硫酸和鋅粒，再用濃硫酸干燥，所以試管中的固體藥品可選用鋅粒，
故答案為：b；
（2）裝置中有空氣，若不用氫氣排空裝置中的空氣，氫氣和空氣的混合氣體燃燒會發生爆炸，所以反應開始前應該先通氫氣排盡裝置中的空氣；Mg與SiO₂反應的條件是加熱，停止加熱后，反應的條件由反應放出的熱量維持，
故答案為：讓氫氣排盡裝置內的空氣，避免空氣中的成分對實驗的影響；該反應為放熱反應，可利用自身放出的熱量維持反應進行；
（3）Mg₂Si遇鹽酸迅速反應生成SiH₄（硅烷），其反應的方程式為：Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑，SiH₄常溫下是一種不穩定、易自燃的氣體，反應的方程式為SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O，所以往反應后的混合物中加入稀鹽酸，可觀察到閃亮的火星，
故答案為：Mg₂Si+4HCl═2MgCl₂+SiH₄↑；SiH₄+2O₂═SiO₂+2H₂O．

點評 本題考查了物質實驗室制備原理和裝置選擇，實驗步驟的設計分析判斷，把握物質性質的應用是解題關鍵，題目難度中等，側重于考查學生的實驗探究能力．