Question

16．多晶硅（硅單質的一種）被稱為“微電子大廈的基石”，制備中副產物以SiCl₄為主，它對環境污染很大，能遇水強烈水解，放出大量的熱．研究人員利用SiCl₄水解生成的鹽酸和鋇礦粉（主要成份為BaCO₃，且含有少量鈣、鐵、鎂離子）制備BaCl₂•2H₂O，工藝流程如下．

已知25℃時，Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分別是：3.4、13.1、12.4
（1）已知：SiCl₄（s）+H₂（g）═SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=47kJ•mol^-1
SiHCl₃（s）+H₂（g）═Si（s）+3HCl（g）△H₂=189kJ•mol^-1
則由SiCl₄制備硅的熱化學方程式為SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236 kJ•mol^-1．
（2）加鋇礦粉時生成BaCl₂的離子反應方程式是BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O．
（3）加20% NaOH調節pH=12.5，得到濾渣A的主要成分是Mg（OH）₂、Ca（OH）₂，
控制溫度70℃的目的是讓鈣離子沉淀完全．
（4）BaCl₂濾液經蒸發濃縮、降溫結晶、過濾，再經真空干燥后得到BaCl₂•2H₂O．實驗室中蒸發濃縮用到的含硅酸鹽的儀器有3種．

Answer 1

分析 控制溫度40°C，四氯化硅發生水解生成原硅酸和氯化氫，過濾得到鹽酸溶液，加入鋇礦粉主要成分為BaCO₃，且含有鈣、鐵、鎂等離子，調節溶液pH=7，使BaCO₃轉化為BaCl₂，同時使Fe³⁺完全沉淀，過濾得到濾渣為氫氧化鐵，濾液加入氫氧化鈉溶液調節溶液pH=12.5，控制70°C，得到氫氧化鎂、氫氧化鈣沉淀，過濾得到濾液為氯化鋇溶液蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到氯化鋇晶體；
（1）已知：①SiCl₄（s）+H₂（g）═SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=47kJ•mol^-1
②SiHCl₃（s）+H₂（g）═Si（s）+3HCl（g）△H₂=189kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①+②可得：SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）；
（2）碳酸鋇與鹽酸反應生成氯化鋇、二氧化碳與水；
（3）濾渣A的主要成分是氫氧化鎂、氫氧化鈣；溫度越高，Ca（OH）₂溶解度越小；
（4）蒸發濃縮用到的含硅酸鹽的儀器有：蒸發皿、酒精燈、玻璃棒．

解答 解：控制溫度40°C，四氯化硅發生水解生成原硅酸和氯化氫，過濾得到鹽酸溶液，加入鋇礦粉主要成分為BaCO₃，且含有鈣、鐵、鎂等離子，調節溶液pH=7，使BaCO₃轉化為BaCl₂，同時使Fe³⁺完全沉淀，過濾得到濾渣為氫氧化鐵，濾液加入氫氧化鈉溶液調節溶液pH=12.5，控制70°C，得到氫氧化鎂、氫氧化鈣沉淀，過濾得到濾液為氯化鋇溶液蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到氯化鋇晶體；
（1）已知：①SiCl₄（s）+H₂（g）═SiHCl₃（s）+HCl（g）△H₁=47kJ•mol^-1
②SiHCl₃（s）+H₂（g）═Si（s）+3HCl（g）△H₂=189kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①+②可得：SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236 kJ•mol^-1，
故答案為：SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236 kJ•mol^-1；
（2）碳酸鋇與鹽酸反應生成氯化鋇、二氧化碳與水，反應離子方程式為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O；
（3）濾渣A的主要成分是Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；溫度越高，Ca（OH）₂溶解度越小，控制溫度70℃讓鈣離子沉淀完全，
故答案為：Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；讓鈣離子沉淀完全；
（4）蒸發濃縮用到的含硅酸鹽的儀器有：蒸發皿、酒精燈、玻璃棒，
故答案為：3．

點評 本題考查物質制備工藝流程，涉及物質的分離提純、對操作與條件控制分析、熱化學方程式書寫等，關鍵是對工藝流程的理解，是對化學實驗的綜合考查，充分考查了學生的分析理解能力及知識遷移運用的能力，難度中等．