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)與氯氣反應生成四氯化硅(反應溫度450-500℃)，四氧化硅經提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖。(D的硬質玻璃管中盛裝粗硅)

相關信息如下:a.四氧化硅遇水極易反應生成硅酸和氯化氫；

b.硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應生成相應的氯化物；

c.有關物質的物理常數見下表:

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

請回答下列問題:

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

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

(3)裝置A中g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元素是________(填寫元素符號)。

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

(6)本題實驗裝置中有一明顯的不足之處，請簡述你的改進方案及理由: ___________。

Answer 1

【答案】 2C+SiO2Si+2CO MnO2+4H+ +2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O 平衡壓強，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，應改為粗管，防止氣體冷凝形成液態或固態物質堵塞導管而發生危險

【解析】(1)碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅的化學方程式為2C+SiO2Si+2CO。(2)裝置A制備氯氣，其中發生反應的離子方程式為MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(3)濃鹽酸有揮發性，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，使液體順利流出并防止漏氣；生成的氯氣反應前需要干燥，則裝置C中的試劑是濃硫酸；(4)D中氯氣與粗硅反應生成SiCl4，h瓶收集粗產物，精餾粗產品可得高純度四氯化硅，由表中數據可以看出，蒸出SiCl4氣體時，BCl3早已成氣體被蒸出，而AlCl3、FeCl3、PCl5升華溫度均高于SiCl4的沸點，所以當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，尾氣處理裝置中發生反應的離子方程式為Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。(6)四氯化硅在常溫下易液化，如果收集產品的導管太細易堵塞導管，所以不足是裝置D和裝置E中間的連接管較細，應改為粗管，防止氣體冷凝形成液態或固態物質堵塞導管而發生危險。

本題為傳統的綜合實驗方案設計題，綜合了氯氣的制法、硅的提純等了實驗知識。掌握基礎、相關物質的性質以及實驗原理是解答的關鍵，注意掌握實驗方案的設計要點及評價角度。實驗方案的設計要明確以下要點：實驗過程中的安全性操作、注意儀器的規格、要防倒吸、防爆炸、防燃燒、防暴沸、防氧化、防吸水、冷凝、冷卻、水浴加熱時采取相應措施等。