Question

12．錫是第IVA族金屬元素，常見化合價為+2、+4價，其單質及化合物在生活、生產中有重要應用．已知：Sn熔點為231℃；Sn²⁺易水解、易被氧化；SnCl₄極易水解、熔點-33℃、沸點114℃．請按要求回答下列相關問題：
（1）如圖1為錫原子結構示意圖，請補充完整：
 （2）用于微電子器件生產的錫粉純度測定：
①取2.38g試樣溶于較濃硫酸中（雜質不參與反應），使Sn完全轉化為Sn²⁺；
②加入過量的Fe₂（SO₄）₃；
③用0.2000mol•L^-1K₂Cr₂O₇溶液滴定步驟②得到的溶液（產物中Cr呈+3價），消耗25.00mL．步驟②中加入
Fe₂（SO₄）₃發生反應的離子方程式為2Fe³⁺+Sn²⁺=2Fe²⁺+Sn⁴⁺；此錫粉樣品中錫的質量分數為75%．
（3）實驗室配制SnCl₂溶液時：要先將SnCl₂固體溶于較濃鹽酸，并在新配制的SnCl₂溶液中加入錫粉，目的是防止其水解及發生氧化反應．
（4）SnO不溶于水，工業上常用于制備SnSO₄．向酸性SnCl₂溶液中加入碳酸氫銨溶液調PH=7，可以生成SnO，寫出反應的離子方程式Sn²⁺+2HCO₃^-=SnO↓+2CO₂↑+H₂O．
（5）現有如圖2所示裝置，某化學實驗小組要在實驗室中制備少量SnCl₄，請回答下列問題：

①所選擇的儀器裝置及合理的先后排列順序是：A→C→E→B→G→D→H→F．
②實驗中當開始生成SnCl₄時即可熄滅B處酒精燈，反應仍可持續進行的理由是錫與氯氣的反應為放熱反應，放出的熱量維持反應繼續進行．

Answer 1

分析 （1）由結構示意圖可知，錫是第四周期第IVA族金屬元素，由能量最低原理，可知原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p²；
（2）Fe₂（SO₄）₃將Sn²⁺全部氧化為Sn⁴⁺，同時生成Fe²⁺，根據元素守恒及電子得失守恒，可得關系式：3Sn～3Sn²⁺～6Fe³⁺～6Fe²⁺～K₂Cr₂O₇，根據K₂Cr₂O₇的物質的量可計算出錫的物質的量，再求得錫的質量，進而計算錫的質量分數；
（3）Sn²⁺易水解、易被氧化，所以實驗室配制SnCl₂溶液時要防止其水解及發生氧化反應；
（4）向酸性SnCl₂溶液中加入碳酸氫銨溶液調 PH=7，可以生成SnO，同時還有二氧化碳和氯化銨生成，根據電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式；
（5）SnCl₄極易水解，反應應在無水環境下進行進行，A中發生反應：MnO₂+4HCl（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，由于鹽酸易揮發，制備的氯氣中含有HCl及水蒸氣，所以要用飽和食鹽水除去HCl，可以降低氯氣的溶解，濃硫酸吸收水蒸氣，干燥氯氣，氯氣與Sn在B中反應生成SnCl₄，經冷凝后用H裝置進行收集SnCl₄，未反應的氯氣，用干燥管中堿石灰吸收，同時又可以防止空氣中的水分進入H中使產物水解．

解答 解：（1）由結構示意圖可知，錫是第四周期第IVA族金屬元素，由能量最低原理，可知原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p²，補充完整的原子結構示意圖為，
故答案為：；
（2）Fe₂（SO₄）₃將Sn²⁺全部氧化為Sn⁴⁺，同時生成Fe²⁺，反應的離子方程式為：2Fe³⁺+Sn²⁺=2Fe²⁺+Sn⁴⁺，根據元素守恒及電子得失守恒，可得關系式：3Sn～3Sn²⁺～6Fe³⁺～6Fe²⁺～K₂Cr₂O₇，K₂Cr₂O₇的物質的量為0.2000mol•L^-1×0.025L=0.005mol，由關系式可知，錫的物質的量為0.005mol×3=0.015mol，則錫的質量分數為$\frac{0.015mol×119g/mol}{2.38g}$×100%=75%，
故答案為：2Fe³⁺+Sn²⁺=2Fe²⁺+Sn⁴⁺；75%；
（3）Sn²⁺易水解、易被氧化，所以實驗室配制SnCl₂溶液時要防止其水解及發生氧化反應，要先將SnCl₂固體溶于少量濃鹽酸中，并在新配制的SnCl₂溶液中加入少量錫粉，
故答案為：溶于較濃鹽酸；錫粉；防止其水解及發生氧化反應；
（4）向酸性SnCl₂溶液中加入碳酸氫銨溶液調 PH=7，可以生成SnO，同時還有二氧化碳和氯化銨生成，反應的離子方程式為Sn²⁺+2HCO₃^-=SnO↓+2CO₂↑+H₂O，
故答案為：Sn²⁺+2HCO₃^-=SnO↓+2CO₂↑+H₂O；
（5）SnCl₄極易水解，反應應在無水環境下進行進行，A中發生反應：MnO₂+4HCl（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，由于鹽酸易揮發，制備的氯氣中含有HCl及水蒸氣，所以要用飽和食鹽水除去HCl，可以降低氯氣的溶解，濃硫酸吸收水蒸氣，干燥氯氣，氯氣與Sn在B中反應生成SnCl₄，經冷凝后用H裝置進行收集SnCl₄，未反應的氯氣，用干燥管中堿石灰吸收，同時又可以防止空氣中的水分進入H中使產物水解，
①根據上面的分析可知，儀器裝置及合理的先后排列順序是A→C→E→B→G→D→H→F，
故答案為：C→E→B→G→D→H→F；
②由于錫與氯氣的反應為放熱反應，所以當開始生成SnCl₄時即可熄滅B處酒精燈，反應仍可持續進行，
故答案為：錫與氯氣的反應為放熱反應，放出的熱量維持反應繼續進行．

點評 本題考查物質制備方案、化學工藝流程、物質含量測定、原子結構等知識，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．