高三化学每天练习20分钟——Si、N、P、As等非金属及其化合物的制备流程与实验探究（有答案和详细解析）

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1．硅及其化合物在自然界广泛存在并被人类应用。
(1)氮化硅膜与二氧化硅膜相比较具有表面化学性能稳定等优点，故氮化硅膜可用于半导体工业。可以用NH3和SiH4(甲硅烷)在一定条件下反应，并在加热基板上生成氮化硅膜：3SiH4＋4NH3eq \(=====,\s\up7(△))Si3N4＋12H2。
以硅化镁为原料制备甲硅烷的反应和工业流程如下：
反应原理：4NH4Cl＋Mg2Sieq \(=====,\s\up7(常温),\s\d5(常压))4NH3↑＋SiH4↑＋2MgCl2 (ΔH＜0)
①NH4Cl中的化学键类型有______________________，SiH4的电子式为______________。
②上述生产甲硅烷的过程中液氨的作用是___________________________________________
______________________________________________________________________________。
③氨气是重要的工业原料，写出氨气发生催化氧化反应生成NO的化学方程式：__________
______________________________________________________________________________，
实验室可利用如下图所示装置完成该反应。在实验过程中，除观察到锥形瓶中产生红棕色气体外，还可观察到有白烟生成，白烟的主要成分是______________。
(2)三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)难溶于水，在医药上可作抗酸剂。它除了可以中和胃液中多余的酸之外，生成的H2SiO3还可覆盖在有溃疡的胃表面，保护其不再受刺激。三硅酸镁与盐酸反应的化学方程式为__________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
将0.184 g三硅酸镁加入到50 mL 0.1 ml·L－1盐酸中，充分反应后，滤去沉淀，用0.1 ml·L－1 NaOH溶液滴定剩余的盐酸，消耗NaOH溶液30 mL，则Mg2Si3O8·nH2O中的n值为________。(注：Mg2Si3O8的摩尔质量为260 g·ml－1；在此条件下Mg2＋不与OH－发生反应。)
2．(2020·海口调研)工业上常用亚硝酸钠(NaNO2)作媒染剂、漂白剂、钢材缓蚀剂、金属热处理剂。某兴趣小组用下列装置制备NaNO2并探究NO、NO2的某一化学性质。
已知：①2NO＋Na2O2===2NaNO2；②NO能被酸性KMnO4氧化成NOeq \\al(－,3)，MnOeq \\al(－,4)被还原为Mn2＋。
请回答下列问题：
(1)装置A三颈烧瓶中发生反应的化学方程式为_____________________________________。
(2)用上图中的装置制备NaNO2，其连接顺序为a→________________________→h(按气流方向，用小写字母表示)，此时活塞K1、K2如何操作_____________________________________。
(3)E装置发生反应的离子方程式是________________________________________________。
(4)通过查阅资料，NO2或NO可能与溶液中Fe2＋发生反应。某同学选择上述装置并按A→C→E顺序连接，E中装入FeSO4溶液，进行如下实验探究。
步骤②操作的目的是____________；步骤③C瓶中发生反应的化学方程式为_____________
______________________________________________________________________________；
通过实验可以得出：__________(填“NO2、NO”中的一种或两种)和溶液中Fe2＋发生反应使溶液呈深棕色。
3．(2019·郑州模拟)磷化铝、磷化锌、磷化钙与水反应产生高毒的PH3气体(熔点为－132 ℃，还原性强、易自燃)，可用于粮食熏蒸杀虫。卫生安全标准规定：当粮食中磷化物(以PH3计)的含量低于0.05 mg·kg－1时算合格。可用以下方法测定粮食中残留的磷化物含量：
[操作流程] 安装吸收装置→PH3的产生与吸收→转移KMnO4吸收溶液→亚硫酸钠标准溶液滴定。
[实验装置] C中盛100 g原粮，D中盛有20.00 mL 1.12×10－4 ml·L－1 KMnO4溶液(H2SO4酸化)。
请回答下列问题：
(1)仪器C的名称是________；原粮最好先打成粉末，其原因是_________________________。
(2)磷化钙与水反应的化学方程式为_______________________________________________；检查整套装置气密性良好的方法是_________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)A中盛装KMnO4溶液的作用是除去空气中的还原性气体；B中盛装焦性没食子酸的碱性溶液，其作用是吸收空气中的O2，防止________________________________；通入空气的作用是________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
(4)D中PH3被氧化成磷酸，所发生反应的离子方程式为
____________________________________________________________________________。
(5)把D中吸收液转移至容量瓶中，加水稀释至250 mL，取25.00 mL于锥形瓶中，用5.0×
10－5 ml·L－1的Na2SO3标准溶液滴定剩余的KMnO4溶液，消耗Na2SO3标准溶液11.00 mL，则该原粮中磷化物(以PH3计)的含量为________ mg·kg－1，该原粮质量________(填“合格”或“不合格”)。
4．(2019·西安调研)砷(As)及其化合物在生产、医疗、科技等方面有许多应用。
(1)中国自古就有“信口雌黄”“雄黄入药”之说。雄黄(As4S4)和雌黄(As2S3)都是自然界中常见的砷化物，早期都曾用作绘画颜料，因都有抗病毒疗效也用来入药。一定条件下，雌黄和雄黄的转化关系如图所示。
①砷元素有＋2、＋3、＋5等常见价态。雌黄和雄黄中S元素的价态相同，其价态是________。Ⅰ中发生反应的离子方程式是____________________________________________________。
②Ⅱ中，雄黄在空气中加热至300 ℃会产生两种物质，若4.28 g As4S4反应转移0.28 ml e－，则a为__________(填化学式)，砒霜(As2O3)可用双氧水将其氧化成H3AsO4而除去，该反应的化学方程式为_________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)AsH3是一种很强的还原剂，室温下，0.4 ml AsH3气体在空气中自燃，氧化产物为As2O3固体，放出b kJ热量，AsH3自燃的热化学方程式是____________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)将Na3AsO3(aq)＋I2(aq)＋H2O(l)Na2HAsO4(aq)＋NaI(aq)＋HI(aq)设计成原电池如图1所示，放电时电流强度(I)与时间关系如图2所示。
①图2中表示在该时刻上述可逆反应达到平衡状态的点是________(填字母)。
②已知：a点对应图1中电流由C1极经外电路流向C2极。则d点对应的负极反应式为
______________________________________________________________________________。
③图2中，b→c改变的条件可能是________(填字母)，c→d电流强度变化的原因是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
A．向左室中加入适量的浓Na3AsO3溶液
B．向左室中加入适量的烧碱溶液
C．向右室中加入适量的浓KI溶液
D．向右室中加入适量的稀硫酸
答案精析
1．(1)①极性共价键、离子键
②吸收热量，保证反应在常温下进行(答“制冷”或“降温”均可)
③4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O NH4NO3(或硝酸铵)
(2)Mg2Si3O8·nH2O＋4HCl===3H2SiO3＋2MgCl2＋(n－1)H2O 6
解析 (1)②液氨的作用是制冷、吸收热量，保证反应在常温下进行，并不参与反应。
(2)书写Mg2Si3O8·nH2O与HCl反应的化学方程式时，Mg2Si3O8·nH2O要以整体形式出现。
Mg2Si3O8·nH2O～4HCl
1 ml 4 ml
0.050 L×0.1 ml·L－1－
0.1 ml·L－1×0.030 L
x ml ＝0.002 ml
x＝0.000 5
0.000 5 ml×(260＋18n) g·ml－1＝0.184 g，n＝6。
2．(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(2)d→e→b(或c)→c(或b)→f(或g)→g(或f) 关闭K1，打开K2
(3)3MnOeq \\al(－,4)＋4H＋＋5NO===3Mn2＋＋5NOeq \\al(－,3)＋2H2O
(4)排尽装置中残留的NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO NO
3．(1)三颈烧瓶 使原粮中的磷化物与水充分反应
(2)Ca3P2＋6H2O===3Ca(OH)2＋2PH3↑ 关闭K1、打开K2，用抽气泵缓慢抽气，若观察到A、B、D各装置中有气泡产生则装置气密性良好(或在D左边用橡胶管和止水夹封闭、关闭K2用压差法；或关闭分液漏斗旋塞后对C加热法)
(3)装置C中生成的PH3被氧化 吹出PH3，使其全部被酸性KMnO4溶液吸收
(4)5PH3＋8MnOeq \\al(－,4)＋24H＋===5H3PO4＋8Mn2＋＋12H2O
(5)0.008 5 合格
解析 (3)依据装置图中的试剂选择分析判断，高锰酸钾是强氧化剂可以吸收空气中的还原性气体；焦性没食子酸先和碱反应，再和氧气反应可以吸收氧气；若不吸收氧气，PH3被氧气氧化；准确测定PH3的含量，需要用高锰酸钾溶液全部吸收，避免产生较大误差，通入空气的作用是保证PH3全部被吸收。(4)PH3被酸性高锰酸钾氧化成磷酸，高锰酸钾被还原为锰离子，离子方程式为5PH3＋8MnOeq \\al(－,4)＋24H＋===5H3PO4＋8Mn2＋＋12H2O。(5)依据滴定反应：2KMnO4＋5Na2SO3＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋5Na2SO4＋3H2O,2KMnO4～5Na2SO3：未反应的高锰酸钾的物质的量为0.011 L×5.0×10－5 ml·L－1×eq \f(2,5)×eq \f(250,25.00)＝2.2×10－6 ml。与PH3反应的高锰酸钾物质的量＝1.12×10－4 ml·L－1×0.02 L－2.2×10－6 ml＝4.0×10－8 ml。根据反应关系式5PH3～8KMnO4，PH3物质的量为4.0×10－8 ml×eq \f(5,8)＝2.5×10－8 ml，则PH3的质量分数＝eq \f(2.5×10－8 ml×34 g·ml－1×1 000,0.1 kg)＝0.008 5 mg·kg－1，所以该原粮质量合格。
4．(1)①－2 4H＋＋2Sn2＋＋2As2S3===2H2S↑＋2Sn4＋＋As4S4
②SO2 As2O3＋2H2O2＋H2O===2H3AsO4
(2)2AsH3(g)＋3O2(g)===As2O3(s)＋3H2O(l)
ΔH＝－5b kJ·ml－1
(3)①b
②AsOeq \\al(3－,3)－2e－＋H2O===HAsOeq \\al(2－,4)＋H＋
③AB 随着正反应进行，反应物浓度下降，反应速率下降，单位时间转移的电子(电量)减少步骤
操作及现象
①
关闭K2，打开K1，打开弹簧夹通一段时间的氮气，夹紧弹簧夹，开始A中反应，一段时间后，观察到E中溶液逐渐变为深棕色
②
停止A中反应，打开弹簧夹和K2、关闭K1，持续通入N2一段时间
③
更换新的E装置，再通一段时间N2后关闭弹簧夹，使A中反应继续，观察到的现象与步骤①中相同