Question

【題目】第三周期的元素單質(zhì)及其化合物有廣泛的用途，請根據(jù)相關(guān)知識回答下列問題：

(1)原子最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的元素，其原子結(jié)構(gòu)示意圖為________________；還原性最弱的簡單陰離子__________ (填離子符號）。

(2)晶體硅(熔點1410℃)是良好的半導(dǎo)體材料，可通過如圖所示過程制備：

在上述由SiCl4制純硅的反應(yīng)中， 測得每生成2.8kg純硅需要吸收akJ熱量，請寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式___________________。

(3)氯化鋁的水溶液可用于凈水，其原因是_________ (用離子方程式表示)。

工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等雜質(zhì))來制取無水氯化鋁的一種工藝流程如圖所示：

已知：

物質(zhì)	SiCl4	AlCl3	FeCl3	FeCl2	Al2O3	Fe2O3	SiO2
沸點/℃	57.6	180(升華)	300(升華)	1023	2980	3414	2230

①工業(yè)制鋁時，電解Al2O3而不電解AlCl3的理由是____________。

② 步驟Ⅰ中焙燒使固體水分揮發(fā)、氣孔數(shù)目增多， 其作用是_________ (只要求寫出一種)。

③步驟Ⅱ中若不通入氯氣和氧氣，則生成相對原子質(zhì)量比硅大的單質(zhì)______________。

④尾氣經(jīng)冷卻至室溫后用足量的KOH濃溶液吸收，生成的鹽中除了K2CO3外，還有3種，其化學(xué)式分別為________________；其中一種鹽可用于實驗室制O2，若不加催化劑，400℃時分解只生成兩種鹽，其中一種是無氧酸，另一種鹽的陰陽離子個數(shù)比為1:1。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________。

⑤結(jié)合流程及相關(guān)數(shù)據(jù)分析，步驟V中加入鋁粉的目的是__________________。

Answer 1

【答案】 SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g) △H=+0.01akJ·mol-1 Al3++3H2OAl(OH)3+3H+ AlCl3是共價化合物 可以防止后續(xù)步驟生成的AlCl3水解，同時由于增大反應(yīng)物的接觸面積，使反應(yīng)速率加快 鐵 KCl、KClO、KClO3 4KClO3KCl+3KClO4 除去FeCl3，提高AlCl3純度

【解析】(1) 第三周期的元素，原子最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的元素是P，其原子結(jié)構(gòu)示意圖為；非金屬性最強的元素是Cl，所以還原性最弱的簡單陰離子 。

(2) 生成2.8kg純硅的物質(zhì)的量為100mol，需要吸收akJ熱量，所以生成1mol Si要吸收0.01akJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g) △H=+0.01akJ·mol-1 。

(3)氯化鋁的水溶液可用于凈水，其原理是鋁離子水解生成氫氧化鋁膠體將水中懸浮顆粒吸附轉(zhuǎn)化為沉淀沉降下去，使水變得澄清，用離子方程式表示為Al3++3H2OAl(OH)3+3H+。

①工業(yè)制鋁時，電解Al2O3而不電解AlCl3的理由是AlCl3是共價化合物 ，在熔化狀態(tài)下不導(dǎo)電，所以無法電解。

② 步驟Ⅰ中焙燒使固體水分揮發(fā)、氣孔數(shù)目增多， 其作用是可以防止后續(xù)步驟生成的AlCl3水解，同時由于增大反應(yīng)物的接觸面積，使反應(yīng)速率加快。

③固體混合物中含有過量的焦炭，步驟Ⅱ中若不通入氯氣和氧氣，則在高溫下焦炭可以把氧化鐵還原為鐵，所以反應(yīng)生成相對原子質(zhì)量比硅大的單質(zhì)是鐵。通入氧氣可以把碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，通入氯氣可以把氧化鐵和氧化鋁轉(zhuǎn)化為易升華的氯化鐵和氯化鋁。

④尾氣含二氧化碳、過量的氯氣等，經(jīng)冷卻至室溫后用足量的KOH濃溶液吸收，生成的鹽中除了K2CO3外，還有氯氣與氫氧化鉀反應(yīng)生成的KCl、KClO、KClO3等3種；其中氯酸鉀可用于實驗室制O2，若不加催化劑，400℃時分解只生成兩種鹽，不生成氧氣，化合價發(fā)生變化的只能氯元素一種。其中一種無氧酸鹽只能是氯化鉀，氯元素的化合價從+5降到-1，另一種鹽中氯元素的化合價只能從+5升高到+7，由陰陽離子個數(shù)比為1:1，推出另一種鹽為高氯酸鉀。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4KClO3KCl+3KClO4 。

⑤由表中數(shù)據(jù)可知，在300℃氯化鋁和氯化鐵都可以升華，所以步驟V中加入鋁粉的目的是把氯化鐵還原為沸點較高的氯化亞鐵或鐵以除去FeCl3，提高AlCl3純度。