Question

5．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（主要成分為BaCO₃，且含有鐵、鎂等離子），制備BaCl₂．2H₂O，工藝流程如下：

已知：
①常溫下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的PH分別是3.4、12.4；
②BaCO₃的相對分子質量是197；BaCl₂．2H₂O的相對分子質量是244．
回答下列問題：
（1）SiCl₄發生水解反應的化學方程式SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl．
（2）SiCl₄用H₂還原可制取純度很高的硅，當反應中有1mol電子轉移時吸收59KJ熱量，則該反應的熱化學方程式為SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol．
（3）加鋇礦粉調節PH=7的作用是①使BaCO₃轉化為BaCl₂②使Fe³⁺離子沉淀完全．
（4）生成濾渣A的離子方程式Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓．
（5）BaCl₂濾液經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌，再經真空干燥后得到BaCl₂．2H₂O
（6）10噸含78.8% BaCO₃的鋇礦粉理論上最多能生成BaCl₂．2H₂O9.76噸．

Answer 1

分析 四氯化硅控制溫度40°C，加入水過濾得到原硅酸，則發生水解反應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，得到氫氧化鎂沉淀，過濾得到濾液為氯化鋇溶液，再經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等得到氯化鋇晶體．
（1）四氯化硅水解生成原硅酸和氯化氫；
（2）依據熱化學方程式書寫方法得到由SiCl₄制備硅的熱化學方程式，注意焓變的計算；
（3）由pH=3.4時，Fe³⁺離子轉化為氫氧化鐵，當調節PH=7時能促使Fe³⁺離子沉淀完全；
（4）濾液②中加入NaOH溶液調節溶液pH=12.5，溶液中鎂離子與氫氧根離子反應生成氫氧化鎂沉淀；
（5）從溶液中獲得晶體，需要經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等；
（6）根據Ba元素質量守恒計算m（BaCl₂•2H₂O）．

解答 解：四氯化硅控制溫度40°C，加入水過濾得到原硅酸，則發生水解反應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，得到氫氧化鎂沉淀，過濾得到濾液為氯化鋇溶液，再經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等得到氯化鋇晶體．
（1）四氯化硅水解生成原硅酸和氯化氫，反應方程式為：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl，故答案為：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl；
（2）用H₂還原SiCl₄蒸氣可制取純度很高的硅，當反應中有1mol電子轉移時吸收59KJ熱量，轉移4mol電子吸收熱量236KJ，反應的熱化學方程式：SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol，
故答案為：SiCl₄（s）+2H₂（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+236kJ/mol；
（3）由pH=3.4時，Fe³⁺離子轉化為氫氧化鐵，當調節PH=7時能促使Fe³⁺離子沉淀完全，鹽酸和碳酸鋇反應生成氯化鋇和二氧化碳、水，加鋇礦粉并調節pH=7的作用是使BaCO₃轉化為BaCl₂，使Fe³⁺離子沉淀完全，
故答案為：使Fe³⁺離子沉淀完全；
（4）濾液②中加入NaOH溶液調節溶液pH=12.5，溶液中鎂離子與氫氧根離子反應生成氫氧化鎂沉淀，反應離子方程式為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，
故答案為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（5）BaCl₂濾液經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌，再經真空干燥后得到BaCl₂•2H₂O，故答案為：蒸發濃縮；冷卻結晶；洗滌；
（6）根據Ba元素質量守恒：n（BaCl₂•2H₂O）=n（BaCO₃），則m（BaCl₂•2H₂O）×=n（BaCl₂•2H₂O）×M（BaCl₂•2H₂O）=$\frac{10t×78%}{197g/mol}$×244g/mol=9.76t，
故答案為：9.76．

點評 本題考查制備實驗方案、物質分離和提純、對條件控制分析與評價、化學計算等，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．