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(shí)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(hào)）。

(2)晶體硅(熔點(diǎn)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(diǎn)/℃	57.6	180(升華)	300(升華)	1023	2980	3414	2230

①工業(yè)制鋁時(shí)，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(duì)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(shí)驗(yàn)室制O2，若不加催化劑，400℃時(shí)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(gè)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(jià)化合物 可以防止后續(xù)步驟生成的AlCl3水解，同時(shí)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(qiáng)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(shí)，電解Al2O3而不電解AlCl3的理由是AlCl3是共價(jià)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(shí)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(duì)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(shí)驗(yàn)室制O2，若不加催化劑，400℃時(shí)分解只生成兩種鹽，不生成氧氣，化合價(jià)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(jià)從+5降到-1，另一種鹽中氯元素的化合價(jià)只能從+5升高到+7，由陰陽離子個(gè)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(diǎn)較高的氯化亞鐵或鐵以除去FeCl3，提高AlCl3純度。