Question

多晶硅（硅單質(zhì)的一種）被稱為“微電子大廈的基石”，制備中副產(chǎn)物以SiCl₄為主，它對(duì)環(huán)境污染很大，能遇水強(qiáng)烈水解，放出大量的熱．研究人員利用SiCl₄水解生成的鹽酸和鋇礦粉（主要成份為BaCO₃，且含有鈣、鐵、鎂等離子）制備BaCl₂?2H₂O，工藝流程如下．已知常溫下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分別是：3.4、12.4．
　
（1）SiCl₄水解控制在40℃以下的原因是______．
已知：SiCl₄（s）+H₂（g）=SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=+47kJ/mol；SiHCl₃（s）+H₂（g）=Si（s）+3HCl（g）△H₂=+189kJ/mol
則由SiCl₄制備硅的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_____．
（2）加鋇礦粉時(shí)生成BaCl₂的離子反應(yīng)方程式是______．
（3）加20% NaOH調(diào)節(jié)pH=12.5，得到濾渣A的主要成分是______，控制溫度70℃的目的是______．
（4）BaCl₂濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過(guò)濾，再經(jīng)真空干燥后得到?2H₂O．實(shí)驗(yàn)室中蒸發(fā)濃縮用到的含硅酸鹽的儀器有______種．
（5）為體現(xiàn)該工藝的綠色化學(xué)思想，該工藝中能循環(huán)利用的物質(zhì)是______．

Answer 1

解：（1）氯化硅水解生成原硅酸和氯化氫，水解方程式為SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl，溫度高時(shí)，氯化硅的水解速率增大，氯化氫的揮發(fā)增強(qiáng)，且氯化氫能污染環(huán)境，溫度較低時(shí)，能防止HCl揮發(fā)污染環(huán)境或控制SiCl₄的水解速率，防止反應(yīng)過(guò)于劇烈，
由蓋斯定律可知：將方程式SiCl₄（s）+H₂（g）=SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=+47kJ/mol和SiHCl₃（s）+H₂（g）=Si（s）+3HCl（g）△H₂=+189kJ/mol相加得SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol，
故答案為：防止HCl揮發(fā)污染環(huán)境或控制SiCl₄的水解速率，防止反應(yīng)過(guò)于劇烈；SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol；
（2）碳酸鋇和鹽酸反應(yīng)生成氯化鋇，反應(yīng)的兩種方程式為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂+H₂O↑，故答案為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂+H₂O↑；
（3）當(dāng)pH=3.4時(shí)，鐵離子完全生成沉淀，當(dāng)pH=12.4時(shí)，鎂離子完全沉淀生成氫氧化鎂，Mg（OH）₂，所以當(dāng)pH=12.5時(shí)，濾渣A的成分是氫氧化鎂，氫氧化鈣；控制溫度70℃的目的是確保鈣離子完全除去，故答案為：Mg（OH）₂，Ca（OH）₂；確保鈣離子完全除去（或溫度越高，Ca（OH）₂溶解度越�。�；
（4）從溶液中制取固體的方法是：蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過(guò)濾→洗滌，實(shí)驗(yàn)室中蒸發(fā)濃縮用到的含硅酸鹽的儀器即為玻璃儀器，有蒸發(fā)皿、玻璃棒，酒精燈，故答案為：3；
（5）依據(jù)流程分析可知，該工藝中能循環(huán)利用的物質(zhì)是BaCl₂溶液，故答案為：BaCl₂溶液．
分析：（1）氯化硅水解生成原硅酸和氯化氫；溫度越高，氯化硅的水解速率越大，氯化氫的揮發(fā)越強(qiáng)；將兩個(gè)方程式相加即得則由SiCl₄制備硅的熱化學(xué)方程式，注意焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（2）鋇礦粉時(shí)生成BaCl₂是碳酸鋇溶解于酸中反應(yīng)生成；
（3）根據(jù)氫氧化鐵和氫氧化鎂完全沉淀所需溶液的PH值，氫氧化鈣溶解度隨溫度升高減小確定濾渣A的成分；溫度是為了除去鈣離子；
（4）蒸發(fā)濃縮用到的含硅酸鹽的儀器為玻璃儀器；根據(jù)從溶液中析出固體的方法分析解答．
（5）循環(huán)利用是過(guò)程中生成的物質(zhì)可以再用在制備流程中的原料．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)制備流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用，鹽類水解、沉淀形成條件，雜質(zhì)除去方法，試劑選擇，離子方程式書寫，蓋斯定律應(yīng)用，題目難度中等．