Question

20．半導體生產中常需要控制摻雜，以保證控制電阻率，三氯化磷（PCl₃）是一種重要的摻雜劑．實驗室要用黃磷（即白磷）與干燥的 Cl₂模擬工業生產制取PCl₃，裝置如圖所示：（部分夾持裝置略去）

已知：
①黃磷與少量Cl₂反應生成PCl₃，與過量Cl₂反應生成PCl₅；
②PCl₃遇水會強烈水解生成H₃PO₃和HC1；
③PCl₃遇O₂會生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃；
④PCl₃、POCl₃的熔沸點見表：

物質	熔點/℃	沸點/℃
PCl3	-112	75.5
POCl3	2	105.3

請回答下列問題：
（1）A裝置中制氯氣的離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）B中所裝試劑是濃硫酸，F中堿石灰的作用有兩種，分別是吸收多余的氯氣、防止空氣中的H₂O進入燒瓶和PCl₃ 反應．
（3）實驗時，檢査裝置氣密性后，先打開K₃通入干燥的CO₂，再迅速加入黃磷．通干燥CO₂的作用是排盡裝置中的空氣，防止白磷自燃．
（4）粗產品中常含有POCl₃、PCl₅等，加入黃磷加熱除去PCl₅后，通過蒸餾（填實驗操作名稱），即可得到較純凈的PCl₃．
（5）實驗結束時，可以利用C中的試劑吸收多余的氯氣，C中反應的離子方程式為Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O．
（6）通過下面方法可測定產品中PCl₃的質量分數
①迅速稱取1.00g產品，加水反應后配成250mL溶液；
②取以上溶液25.00mL，向其中加入10.00mL 0.1000mol/L碘水，充分反應；
③向②所得溶液中加入幾滴淀粉溶液，用0.1000mol/L的Na₂S₂O₃溶液滴定；
④重復②、③操作平均消耗Na₂S₂O₃溶液8.40mL．
已知：H₃PO₃+H₂O+I₂═H₃PO₄+2HI，I₂+2Na₂S₂O₃═2NaI+Na₂S₄O₆，假設測定過程中沒有其他反應．根據上述數據，該產品中PC1₃的質量分數為79.75%．

Answer 1

分析 根據裝置圖可知工業生產制取PCl₃流程為：A裝置濃鹽酸和二氧化錳二者反應生成氯化錳、氯氣和水，制得氯氣，因PCl₃遇水會強烈水解，所以氯氣需干燥，B裝置利用濃硫酸干燥氯氣，利用二氧化碳排盡裝置中的空氣，防止黃磷（白磷）自燃，PCl₃沸點為75.5℃，利用E裝置防止PCl₃揮發（冷凝），因尾氣中含有有毒氣體氯氣，且空氣中水蒸氣可能進入裝置，所以用F裝置利用堿石灰吸收多余氯氣，防止空氣中的水蒸氣進入燒瓶和PCl₃反應；
（1）A裝置中二氧化錳和濃鹽酸反應制取氯氣，據此書寫離子反應方程式；
（2）氯氣為酸性氣體，需用酸性干燥劑干燥，三氯化磷沸點低，可用冷水冷凝收集，堿石灰吸收多余氯氣防止污染空氣，防止空氣中的水蒸氣進入影響產品純度；
（3）白磷能自燃，通入二氧化碳趕凈空氣；
（4）依據物質的沸點數值不同，可以利用蒸餾的方法分離出三氯化磷；
（5）氫氧化鈉與氯氣反應生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，據此書寫離子反應方程式；
（6）根據反應的化學方程式H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI、I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆ 可知n（H₃PO₃）=n（I₂）_總-n（Na₂S₂O₃）×$\frac{1}{2}$，25mL溶液中H₃PO₃的物質的量等于PC1₃的物質的量，再求出PC1₃的總物質的量和質量，然后求出質量分數．

解答 解：（1）A裝置中，加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳二者反應生成氯化錳、氯氣和水，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）因PCl₃遇水會強烈水解，所以氯氣需干燥，氯氣和濃硫酸不反應，所以能用濃硫酸干燥氯氣，PCl₃沸點為75.5℃，利用E裝置防止PCl₃揮發（冷凝），因尾氣中含有有毒氣體氯氣，且空氣中水蒸氣可能進入裝置，所以用F裝置利用堿石灰吸收多余的Cl₂，防止空氣中的水蒸氣進入燒瓶和PCl₃反應，
故答案為：濃硫酸；吸收多余的氯氣、防止空氣中的H₂O進入燒瓶和PCl₃ 反應；
（3）通入一段時間的CO₂可以排盡裝置中的空氣，防止白磷與空氣中的氧氣發生自燃；
故答案為：排盡裝置中的空氣，防止白磷自燃；
（4）由信息可知，POCl₃與PCl₃都是液體，沸點相差較大，故可以用蒸餾的方法進行分離，
故答案為：蒸餾；
（5）氫氧化鈉與氯氣反應生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，離子方程式為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O；
故答案為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+2H₂O；
（6）0.1000mol/L碘溶液10.00mL中含有碘單質的物質的量為：0.1000mol/L×0.0100L=0.00100mol，根據反應I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆可知，與磷酸反應消耗的碘單質的物質的量為：0.00100mol-0.1000mol/L×0.00084L×$\frac{1}{2}$=0.00058mol，再由H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI可知，25mLPC1₃水解后的溶液中含有的H₃PO₃的物質的量為：n（H₃PO₃）=n（I₂）=0.00058mol，250mL該溶液中含有H₃PO₃的物質的量為：0.00058mol×$\frac{250ml}{25ml}$=0.0058mol，所以1.00g產品中含有的PC1₃的物質的量為0.0058mol，該產品中PCl₃的質量分數為：$\frac{137.5g/mol×0.0058mol}{1g}$×100%=79.75%；
故答案為：79.75%．

點評 本題主要考查學生閱讀獲取信息的能力、對實驗原理理解等，是對知識的綜合運用，理解實驗原理是解題的關鍵，需要學生具有扎實的基礎與綜合運用分析解決問題的能力，題目難度較大．