Question

13．某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上用SiHCl₃與H₂在1357K的條件下制備高純硅，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示 （加熱及夾持裝置略去）：

已知SiHCl₃的性質(zhì)如下：沸點(diǎn)為33.0℃；密度為1.34g•mL^-1；易溶于有機(jī)溶劑；能與H₂O劇烈反應(yīng)；在空氣中易被氧化．
請(qǐng)回答：
（1）裝置C中的燒瓶用水浴加熱的優(yōu)點(diǎn)為受熱均勻，使產(chǎn)生SiHCl₃的氣流平穩(wěn)．
（2）裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl．
（3）裝置E的作用為①吸收HCl、②吸收未反應(yīng)的SiHCl₃、③防倒吸．
（4）相關(guān)實(shí)驗(yàn)步驟如下，其合理順序依次為②①⑤④③（填入所缺序號(hào)）．
①加熱裝置C，打開(kāi)K₂，滴加6.5mL SiHCl₃；
②打開(kāi)K₁，裝置A中反應(yīng)一段時(shí)間；
③關(guān)閉K₁；
④關(guān)閉K₂；
⑤加熱裝置D至1357K．
（5）計(jì)算SiHCl₃的利用率：對(duì)裝置E中液體進(jìn)行分液操作，取上層液體20.00mL轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，滴加幾滴酚酞溶液．用0.1mol•L^-1鹽酸滴定，達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，消耗鹽酸20.00mL．達(dá)到滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是溶液紅色褪去，且半分鐘不變色．SiHCl₃的利用率為93.34%（保留兩位小數(shù)）．
（6）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)SiHCl₃與水反應(yīng)后，所得溶液中存在鹽酸取兩份溶液，一份加入石蕊試液，變紅色，說(shuō)明含有氫離子；另一份加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，出現(xiàn)白色沉淀，則證明含有氯離子，由此可以鑒定含有鹽酸．

Answer 1

分析 A中Zn和稀硫酸制取氫氣，因?yàn)镾iHCl₃能與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，所以氫氣和SiHCl₃反應(yīng)時(shí)需要干燥的氫氣，則B裝置用濃硫酸干燥氫氣，C中SiHCl₃變?yōu)闅鈶B(tài)，D中氫氣和SiHCl₃發(fā)生反應(yīng)生成Si和HCl，用NaOH吸收生成的HCl，然后處理尾氣；
（1）水浴加熱受熱均勻，且產(chǎn)生的氣流平穩(wěn)；
（2）裝置D中氫氣和SiHCl₃發(fā)生反應(yīng)生成Si和HCl；
（3）裝置E能吸收生成的HCl，未反應(yīng)的SiHCl₃，還能防倒吸；
（4）先通入氫氣，排盡裝置中空氣，再加熱石英管，提高原理利用率，反應(yīng)完畢停止通氫氣；
（5）滴定終點(diǎn)時(shí)，氫氧化鈉完全反應(yīng)，溶液紅色褪去；
氫氧化鈉物質(zhì)的量等于生成的HCl與后加入HCl的物質(zhì)的量之和，可以計(jì)算生成HCl的物質(zhì)的量，再根據(jù)方程式計(jì)算參加反應(yīng)SiHCl₃的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算其利用率；
（6）酸能使紫色石蕊試液變紅色，氯離子能和硝酸酸化的硝酸銀反應(yīng)生成白色沉淀．

解答 解：A中Zn和稀硫酸制取氫氣，因?yàn)镾iHCl₃能與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，所以氫氣和SiHCl₃反應(yīng)時(shí)需要干燥的氫氣，則B裝置用濃硫酸干燥氫氣，C中SiHCl₃變?yōu)闅鈶B(tài)，D中氫氣和SiHCl₃發(fā)生反應(yīng)生成Si和HCl，用NaOH吸收生成的HCl，然后處理尾氣；
（1）水浴加熱受熱均勻，且產(chǎn)生的SiHCl₃氣流平穩(wěn)，則D中反應(yīng)較平穩(wěn)，故答案為：受熱均勻，使產(chǎn)生SiHCl₃的氣流平穩(wěn)；
（2）裝置D中氫氣和SiHCl₃發(fā)生反應(yīng)生成Si和HCl，反應(yīng)方程式為SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl，
故答案為：SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl；
（3）裝置E中NaOH能吸收生成的HCl，四氯化碳未反應(yīng)的SiHCl₃，還能防倒吸，
故答案為：吸收HCl氣體；吸收未反應(yīng)的SiHCl₃；防倒吸；
（4）先通入氫氣，排盡裝置中空氣，再加熱石英管，提高原理利用率，反應(yīng)完畢停止通氫氣，②打開(kāi)K₁，裝置A中反應(yīng)一段時(shí)間，①加熱裝置D至1357K：；⑤加熱裝置C，打開(kāi)K₂，滴加6.5mLSiHC1₃；④關(guān)閉K₂；③關(guān)閉K₁，其合理順序?yàn)椋孩冖佗茛堍郏?br />故答案為：②①⑤④③；
（5）滴定終點(diǎn)時(shí)，氫氧化鈉完全反應(yīng)，溶液紅色褪去，且半分鐘不變色；
氫氧化鈉物質(zhì)的量等于生成的HCl與后加入HCl的物質(zhì)的量之和，則生成HCl的物質(zhì)的量=0.2L×1mol/L-0.02L×0.1mol/L×$\frac{200mL}{20mL}$=0.18mol，由SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl，可知參加反應(yīng)SiHCl₃為 $\frac{0.18mol}{3}$=0.06mol，故SiHCl₃的利用率為 $\frac{0.06mol×135.5g/mol}{6.5mL×1.34g/mL}$×100%=93.34%，
故答案為：溶液紅色褪去，且半分鐘不變色；93.34；
（6）酸能使紫色石蕊試液變紅色，氯離子能和硝酸酸化的硝酸銀反應(yīng)生成白色沉淀，則檢驗(yàn)鹽酸的方法為：取兩份溶液，一份加入石蕊試液，變紅色，說(shuō)明含有氫離子；另一份加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，出現(xiàn)白色沉淀，則證明含有氯離子，由此可以鑒定含有鹽酸，
故答案為：
取兩份溶液，一份加入石蕊試液，變紅色，說(shuō)明含有氫離子；另一份加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，出現(xiàn)白色沉淀，則證明含有氯離子，由此可以鑒定含有鹽酸．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生物質(zhì)制備、實(shí)驗(yàn)操作、物質(zhì)檢驗(yàn)等知識(shí)點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作先后順序、元素化合物性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，注意題干信息的正確獲取和靈活運(yùn)用，題目難度中等．