Question

6．高溫下，粗硅與純凈的氯氣反應，生成四氯化硅（SiCl₄），再用氫氣還原四氯化硅得到高純硅．某實驗小組在實驗室制備并收集四氯化硅，裝置示意圖如下：

【查閱資料】四氯化硅極易與水反應，其熔點為-70.0℃，沸點為57.7℃．
回答下列問題：
（1）①裝置A用于制備氯氣，應選用下列哪個裝置Ⅱ（填序號）．

②裝置A中反應的離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）裝置B中X試劑是（填名稱），裝置C的作用是除去Cl₂中混有的水蒸氣．
（3）裝置E中冰水混合物的作用是使四氯化硅冷凝．
（4）有同學認為裝有堿石灰的干燥管可用裝有NaOH溶液的燒杯代替，你認為不合理（填“合理”或“不合理”），理由是因為NaOH溶液只能吸收Cl₂，而溶液的水蒸氣會進入裝置E中．
（5）某同學為了測定四氯化硅的純度，取所得四氯化硅樣品m g，用氫氣在高溫下還原，得到高純硅 n g，則樣品中四氯化硅的純度是$\frac{85n}{14m}$×100%．

Answer 1

分析 高溫下，粗硅與純凈的氯氣反應，生成四氯化硅（SiCl₄），再用氫氣還原四氯化硅得到高純硅，四氯化硅極易與水反應，裝置A中是氯氣的發生裝置，生成的氯氣通過裝置B中X為飽和食鹽水除去氯化氫氣體，通過裝置C中的濃硫酸除去水蒸氣，得到干燥純凈的氯氣進入中和粗硅反應生成四氯化硅，進入裝置E冰水冷卻得到純凈的四氯化硅，四氯化硅極易與水反應，裝置F是防止空氣中的水蒸氣進入裝置E中，
（1）①實驗室是利用濃鹽酸和二氧化錳加熱反應生成氣體，屬于固體+液體$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$氣體，選擇氯氣制備的發生裝置；
②A中反應是濃鹽酸和二氧化錳加熱反應生成氯化錳、氯氣和水，據此書寫離子方程式；
（2）氯氣中含氯化氫和水蒸氣，氯化氫用飽和食鹽水除去，水蒸氣用濃硫酸除去；
（3）四氯化硅熔點為-70.0℃，冰水冷卻使四氯化硅冷凝；
（4）四氯化硅極易與水反應，溶液中水蒸氣會進入裝置E；
（5）計算硅的物質的量得到四氯化硅物質的量，計算質量得到粗硅純度；

解答 解：高溫下，粗硅與純凈的氯氣反應，生成四氯化硅（SiCl₄），再用氫氣還原四氯化硅得到高純硅，四氯化硅極易與水反應，裝置A中是氯氣的發生裝置，生成的氯氣通過裝置B中X為飽和食鹽水除去氯化氫氣體，通過裝置C中的濃硫酸除去水蒸氣，得到干燥純凈的氯氣進入中和粗硅反應生成四氯化硅，進入裝置E冰水冷卻得到純凈的四氯化硅，四氯化硅極易與水反應，裝置F是防止空氣中的水蒸氣進入裝置E中，
（1）①實驗室是利用濃鹽酸和二氧化錳加熱反應生成氣體，屬于固體+液體$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$氣體，裝置A用于制備氯氣，應選用下列裝置Ⅱ，故答案為：Ⅱ；
②A中反應是濃鹽酸和二氧化錳加熱反應生成氯化錳、氯氣和水，據此書寫離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）氯氣中含氯化氫和水蒸氣，氯化氫用飽和食鹽水除去，水蒸氣用濃硫酸除去，裝置B中X試劑是（填名稱）飽和食鹽水，裝置C的作用是；除去Cl₂中混有的水蒸氣，
故答案為：飽和氯化鈉溶液；除去Cl₂中混有的水蒸氣；
（3）四氯化硅熔點為-70.0℃，裝置E中冰水混合物的作用是使四氯化硅冷凝，
故答案為：使四氯化硅冷凝；
（4）四氯化硅極易與水反應，溶液中水蒸氣會進入裝置E會和四氯化硅發生反應不能得到純凈四氯化硅，因為NaOH溶液只能吸收Cl₂，而溶液的水蒸氣會進入裝置E中，
故答案為：不合理；因為NaOH溶液只能吸收Cl₂，而溶液的水蒸氣會進入裝置E中；
（5）取所得四氯化硅樣品m g，用氫氣在高溫下還原，得到高純硅 n g，硅物質的量n（Si）=$\frac{ng}{28g/mol}$=$\frac{n}{28}$mol，
硅元素守恒得到則樣品中四氯化硅的純度=$\frac{\frac{n}{28}mol×170g/mol}{mg}$×100%=$\frac{85n}{14m}$×100%  
故答案為：$\frac{85n}{14m}$×100%．

點評 本題考查了物質組成的實驗探究和性質分析判斷，物質的檢驗方法和反應現象是解題關鍵，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．