Question

1．單晶硅是信息產業中重要的基礎材料．通常在高溫下還原二氧化硅制得粗硅（含鐵、CO等雜質），粗硅與氯氣反應生成四氯化硅（反應溫度450～500℃）四氯化硅經提純后用氫氣還原可得高純硅．以下是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖．

相關信息如下：
a．四氯化硅遇水極易水解；
b．硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應生成相應的氯化物；
c．有關物質的物理常數見表：

物質	SiCl4	BCl3	AlCl3	FeCl3	PCl5
沸點/℃	57.7	12.8		315
熔點/℃	-70.0	-107.2
升華溫度/℃			180	300	162

d．已知裝置A中發生反應的方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O
請回答下列問題：
（1）裝置A中g管的作用是平衡壓強；裝置C中的試劑是濃硫酸；裝置E中的h 瓶需要冷卻的理由是使SiCl₄冷凝收集．
（2）裝置E中h瓶收集到的粗產物可通過酒精（類似多次蒸餾）得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質元素是Al、P（填寫元素符號）．

Answer 1

分析 由制備四氯化硅的實驗流程可知，A中發生二氧化錳與濃鹽酸的反應生成氯氣，B中飽和食鹽水除去HCl，C裝置中濃硫酸干燥氯氣，D中發生Si與氯氣的反應生成四氯化硅，由信息可知，E裝置制取氫氣，F可防止倒吸，最后氫氣還原SiCl₄，
（1）裝置A中g管使分液漏斗和燒瓶連通；裝置C中的試劑應該吸收水而不能吸收氯氣；產物SiCl₄沸點低；
（2）D中氯氣與粗硅反應生成SiCl₄，h瓶收集粗產物，精餾粗產品可得高純度四氯化硅，由表中數據可以看出，蒸出SiCl₄氣體時，BCl₃早已成氣體被蒸出，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅升華溫度均低于SiCl₄．

解答 解：由制備四氯化硅的實驗流程可知，A中發生二氧化錳與濃鹽酸的反應生成氯氣，B中飽和食鹽水除去HCl，C裝置中濃硫酸干燥氯氣，D中發生Si與氯氣的反應生成四氯化硅，由信息可知，E裝置制取氫氣，F可防止倒吸，最后氫氣還原SiCl₄，
（1）濃鹽酸有揮發性，故分液漏斗要加蓋，加蓋后如沒有g管，則鹽酸就不易流下去，g管的作用是平衡壓強，使液體順利流出并防止漏氣；制得的氯氣中含有氯化氫和水，裝置B用飽和食鹽水除去氯化氫，裝置C用濃硫酸吸水；產物SiCl₄沸點低，需要冷凝收集，
故答案為：平衡壓強；濃硫酸；使SiCl₄冷凝收集；
（2）D中氯氣與粗硅反應生成SiCl₄，h瓶收集粗產物，精餾粗產品可得高純度四氯化硅，由表中數據可以看出，蒸出SiCl₄氣體時，BCl₃早已成氣體被蒸出，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅升華溫度均低于SiCl₄，所以當SiCl₄蒸出后，而AlCl₃、FeCl₃、PCl₅還為固體留在瓶里，
故答案為：Al、P．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，綜合了氯氣的制法、硅的提純等實驗知識，注意把握制備原理及實驗流程中的反應、物質的性質等為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的綜合考查，題目難度中等．