Question

【題目】通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅，粗硅(合鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度450-500℃)，四氧化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置示意圖。(D的硬質(zhì)玻璃管中盛裝粗硅)

相關(guān)信息如下:a.四氧化硅遇水極易反應(yīng)生成硅酸和氯化氫；

b.硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物；

c.有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表:

物質(zhì)	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸點(diǎn)/℃	57.7	12.8	—	315	—
熔點(diǎn)/℃	－70.0	－107.2	—	—	—
升華溫度/℃	—	—	180	300	162

請(qǐng)回答下列問題:

(1)寫出用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅的化學(xué)方程式_________________________。

(2)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式__________________________________。

(3)裝置A中g(shù)管的作用是_________________；裝置C中的試劑是____________；

(4)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過多次蒸餾得到高純度四氯化硅，蒸餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是________(填寫元素符號(hào))。

(5)寫出尾氣處理裝置中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式___________________________。

(6)本題實(shí)驗(yàn)裝置中有一明顯的不足之處，請(qǐng)簡(jiǎn)述你的改進(jìn)方案及理由: ___________。

Answer 1

【答案】 2C+SiO2Si+2CO MnO2+4H+ +2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O 平衡壓強(qiáng)，保證分液漏斗中的溶液順利流下 濃硫酸 Al、P Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O 裝置D和裝置E中間的連接管較細(xì)，應(yīng)改為粗管，防止氣體冷凝形成液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)堵塞導(dǎo)管而發(fā)生危險(xiǎn)

【解析】(1)碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅的化學(xué)方程式為2C+SiO2Si+2CO。(2)裝置A制備氯氣，其中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(3)濃鹽酸有揮發(fā)性，故分液漏斗要加蓋，加蓋后如沒有g管，則鹽酸就不易流下去，g管的作用是平衡壓強(qiáng)，使液體順利流出并防止漏氣；生成的氯氣反應(yīng)前需要干燥，則裝置C中的試劑是濃硫酸；(4)D中氯氣與粗硅反應(yīng)生成SiCl4，h瓶收集粗產(chǎn)物，精餾粗產(chǎn)品可得高純度四氯化硅，由表中數(shù)據(jù)可以看出，蒸出SiCl4氣體時(shí)，BCl3早已成氣體被蒸出，而AlCl3、FeCl3、PCl5升華溫度均高于SiCl4的沸點(diǎn)，所以當(dāng)SiCl4蒸出后，而AlCl3、FeCl3、PCl5還為固體留在瓶里，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是Al、P；(5)氯氣一般用氫氧化鈉溶液處理，尾氣處理裝置中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。(6)四氯化硅在常溫下易液化，如果收集產(chǎn)品的導(dǎo)管太細(xì)易堵塞導(dǎo)管，所以不足是裝置D和裝置E中間的連接管較細(xì)，應(yīng)改為粗管，防止氣體冷凝形成液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)堵塞導(dǎo)管而發(fā)生危險(xiǎn)。

本題為傳統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)題，綜合了氯氣的制法、硅的提純等了實(shí)驗(yàn)知識(shí)。掌握基礎(chǔ)、相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)原理是解答的關(guān)鍵，注意掌握實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及評(píng)價(jià)角度。實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)要明確以下要點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)過程中的安全性操作、注意儀器的規(guī)格、要防倒吸、防爆炸、防燃燒、防暴沸、防氧化、防吸水、冷凝、冷卻、水浴加熱時(shí)采取相應(yīng)措施等。