Question

18．晶體硅是一種重要的非金屬材料，工業(yè)上用碳在高溫下還原石英砂（主要成份為含鐵、鋁等雜質(zhì)的二氧化硅）得粗硅，粗硅與氛氣在450-500℃條件下反應(yīng)生成四氯化硅，四氯化硅經(jīng)提純后與過量H₂在1100-1200℃條件下反應(yīng)制得高純硅．以下是實(shí)驗(yàn)室制備SiCl₄的裝置示意圖．

實(shí)驗(yàn)過程中；石英砂中的鐵、鋁等雜質(zhì)也能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氯化物，SiCl₄，A1C1₃，F(xiàn)eC1₃遇水均易水解，有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：

物質(zhì)	SiC14	A1C13	FeC13
沸點(diǎn)/℃	57.7	-	315
熔點(diǎn)/℃	-70.0	-	-
升華溫度/℃	-	180	300

請回答下列問題：
（I）實(shí)驗(yàn)室制備氛氣有以下五步操作，其正確操作順序?yàn)棰堍邰茛冖伲ㄌ顦?biāo)號）．
①向燒瓶中裝入二氧化錳固體，向分液漏斗中加入濃鹽酸
②檢查裝置的氣密性
③把酒精燈放在鐵架臺上，根據(jù)酒精燈火焰確定鐵圈高度，固定鐵圈，放上石棉網(wǎng)
④在燒瓶上裝好分液漏斗，安裝好導(dǎo)氣管
⑤將燒瓶固定在鐵架臺上
（2）裝置A的硬質(zhì)玻璃管中發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是2C+SiO₂+2Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiCl₄+2CO↑；，置A．B間導(dǎo)管短且粗的原因是防止生成物中的AlCl₃、FeCl₃等雜質(zhì)凝結(jié)成固體堵塞導(dǎo)管，實(shí)驗(yàn)中尾氣處理的方法是連接一個加熱的裝有CuO粉末的反應(yīng)管．
（3）裝置B中e瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾（類似多次蒸餾）得到高純度四氛化硅．在精餾過程中，不可能用到的儀器有CD（填正確答案標(biāo)號）．
A．圓底燒瓶　B．溫度計(jì)　C．吸濾瓶　D球形冷凝管　E．接收器
（4）裝置D中的Na₂SO₃的作用主要是吸收未反應(yīng)完的Cl₂請?jiān)O(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)，證明裝置D中的Na₂SO₃已被氧化（簡述實(shí)驗(yàn)步驟）：取少量溶液置于潔凈的試管中，向其中滴加稀鹽酸至不再產(chǎn)生氣體；再向其中滴入氯化鋇溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，證明亞硫酸鈉被氧化．
（5）SiCl₄極易水解，其完全水解的產(chǎn)物為H₄SiO₄（或H₂SiO₃）和HCl；H₂還原SiCl₄制得高純硅的過程中若混入O₂，可能引起的后果是可能引起爆炸、硅被氧化得不到高純硅．

Answer 1

分析 A中發(fā)生二氧化硅和碳和氯氣反應(yīng)生成四氯化硅，由信息可知，四氯化硅的沸點(diǎn)低，則B裝置冷卻可收集四氯化硅，C可防止防止B右端的水蒸氣進(jìn)入B與四氯化硅反應(yīng)，造成產(chǎn)物不純，最后D處理含氯氣的尾氣．
（1）在實(shí)驗(yàn)室中由濃鹽酸和二氧化錳制備氯氣，按照先下后上，先左后右的原則搭建實(shí)驗(yàn)裝置，因制備氣體，所以需檢查裝置的氣密性，然后裝入藥品進(jìn)行制備；
（2）在D裝置中二氧化硅和碳和氯氣反應(yīng)生成四氯化硅和一氧化碳；產(chǎn)物中有AlCl₃、FeCl₃防止凝結(jié)成固體堵塞導(dǎo)管，尾氣主要為一氧化碳，可用氧化銅檢驗(yàn)；
（3）根據(jù)精餾（類似多次蒸餾）原理，精餾過程中不可能用到吸濾瓶和球形冷凝器管；
（4）氯氣有強(qiáng)氧化性，亞硫酸根離子有還原性，所以氯氣和亞硫酸根離子能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸根離子、氯離子和氫離子；如果亞硫酸鈉被氧化會生成硫酸鈉，根據(jù)硫酸根離子的檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)即可；
（5）SiCl₄極易水解，生成原硅酸和氯化氫，氫氣和氧氣混合在加熱的條件下易發(fā)生爆炸，硅易與氧氣反應(yīng)生成氧化硅．

解答 解：（1）加熱條件下，實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸和二氧化錳制取氯氣，二者反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，方程式為：MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，搭建實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)先下后上，先左后右的原則，所以先在燒瓶上裝好分液漏斗，安裝好導(dǎo)氣管，把酒精燈放在鐵架臺上，根據(jù)酒精燈火焰確定鐵圈高度，固定鐵圈，放上石棉，將燒瓶固定在鐵架臺上，因制備氣體，所以需檢查裝置的氣密性，然后裝入藥品，所以檢查裝置的氣密性，向燒瓶中裝入二氧化錳固體，向分液漏斗中加入濃鹽酸，即正確操作順序?yàn)棰堍邰茛冖伲?br />故答案為：③⑤②①；
（2）在A裝置中二氧化硅和碳和氯氣反應(yīng)生成四氯化硅和一氧化碳，反應(yīng)為：2C+SiO₂+2Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiCl₄+2CO↑，生成物中有AlCl₃、FeCl₃等雜質(zhì)，凝結(jié)成固體堵塞導(dǎo)管，所以裝置A．B間導(dǎo)管短且粗，尾氣主要為一氧化碳，氧化銅和一氧化碳在加熱的條件下反應(yīng)生成二氧化碳和銅，銅為紅色固體，所以可用氧化銅驗(yàn)尾氣，
故答案為：2C+SiO₂+2Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiCl₄+2CO↑；防止生成物中的AlCl₃、FeCl₃等雜質(zhì)凝結(jié)成固體堵塞導(dǎo)管；連接一個加熱的裝有CuO粉末的反應(yīng)管；
（3）吸濾瓶用于減壓過濾裝置中，與精餾（類似多次蒸餾）無關(guān)，球形冷凝管含有球形部分區(qū)域，不適合精餾，蒸餾需圓底燒瓶盛放待蒸餾的液體，需溫度計(jì)測量蒸氣的溫度，需接收器接受餾分，
故答案為：CD；
（4）亞硫酸鈉被氧化生成硫酸鈉，只有驗(yàn)證硫酸根離子的存在就可證明亞硫酸鈉已經(jīng)被氧化，檢驗(yàn)硫酸根離子的存在選用試劑稀鹽酸和氯化鋇溶液，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：取少量溶液置于潔凈試管中，向其中加入稀鹽酸至不再產(chǎn)生氣體，再向其中滴入氯化鋇溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，證明Na₂SO₃已被氧化，
故答案為：取少量溶液置于潔凈的試管中，向其中滴加稀鹽酸至不再產(chǎn)生氣體；再向其中滴入氯化鋇溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，證明亞硫酸鈉被氧化；
（5）SiCl₄水解反應(yīng)方程式為：SiCl₄+4H₂O═H₄SiO₄↓+4HCl↑，生成原硅酸氯化氫，原硅酸易失去水生成硅酸H₂SiO₃，H₂還原SiCl₄制得高純硅的過程中若混入O₂，可能引起爆炸，硅被氧化得不到高純硅，
故答案為：H₄SiO₄（或H₂SiO₃）和HCl；可能引起爆炸、硅被氧化得不到高純硅．

點(diǎn)評 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，綜合了氯氣的制法、硅的提純、SiCl₄的制備等實(shí)驗(yàn)知識，注意把握制備原理及實(shí)驗(yàn)流程中的反應(yīng)、物質(zhì)的性質(zhì)等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．