高純度單晶硅是典型的無機非金屬材料,是制備半導(dǎo)體的重要材料,它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計算機的一場“革命”.高純硅通常用以下方法制備:用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含F(xiàn)e、Al、B、P等雜質(zhì)),粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度為450~500℃),四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅.圖1是實驗室制備四氯化硅的裝置圖.

相關(guān)信息: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化合生成相應(yīng)的氯化物;c.有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表:
物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5
沸點/℃57.712.8-315-
熔點/℃-70.0-107.2---
升華溫度/℃--180300162
請回答下列問題:
(1)儀器e的名稱為
 
,裝置A中f管的作用是
 
,其中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為
 

(2)裝置B中的試劑是
 

(3)某學(xué)習(xí)小組設(shè)計了以下兩種實驗方案:方案甲:g接裝置Ⅰ;方案乙:g接裝置Ⅱ.但是甲乙兩個方案中虛線內(nèi)裝置均有不足之處,請你評價后填寫下表.
方案不足之處
(4)在上述(3)的評價基礎(chǔ)上,請設(shè)計一個合理方案:
 

(5)通過上述合理的裝置制取并收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾(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(zhì)元素是
 
(填寫元素符號).
考點:制備實驗方案的設(shè)計,硅和二氧化硅
專題:碳族元素
分析:(1)儀器e的名稱是蒸餾燒瓶,裝置A中f管有平衡壓強作用,二氧化錳和濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水;
(2)裝置B中的試劑應(yīng)該吸收氯化氫而不能吸收氯氣;
(3)收集產(chǎn)品的導(dǎo)管太細易堵塞導(dǎo)管;制取的四氯化硅需要冷凝;由于尾氣中含有氯氣,要設(shè)置尾氣處理裝置,四氯化硅易水解,要避免空氣中的水蒸氣進入產(chǎn)品收集裝置;
(4)應(yīng)避免空氣中的水蒸氣進入裝置;
(5)D中氯氣與粗硅反應(yīng)生成SiCl4,h瓶收集粗產(chǎn)物,精餾粗產(chǎn)品可得高純度四氯化硅,由表中數(shù)據(jù)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:(1)儀器e的名稱是蒸餾燒瓶,裝置A中f管有平衡壓強作用,以使液體從分液漏斗中順利流下,二氧化錳和濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水,離子方程式為MnO2+4H++2Cl-
  △  
.
 
Mn2++Cl2↑+2H2O,
故答案為:蒸餾燒瓶;平衡壓強,使液體從分液漏斗中順利流下;MnO2+4H++2Cl-
  △  
.
 
Mn2++Cl2↑+2H2O;
(2)濃鹽酸具有揮發(fā)性,加熱促進揮發(fā),導(dǎo)致制取的氯氣中含有氯化氫,為除去氯化氫,裝置B中的試劑應(yīng)該吸收氯化氫而不能吸收氯氣,為飽和食鹽水,
故答案為:飽和食鹽水;
(3)四氯化硅在常溫下易液化,如果收集產(chǎn)品的導(dǎo)管太細易堵塞導(dǎo)管;制取的四氯化硅需要冷凝;由于尾氣中含有氯氣,要設(shè)置尾氣處理裝置,四氯化硅易水解,要避免空氣中的水蒸氣進入產(chǎn)品收集裝置,故答案為:
方案優(yōu)點缺點
①收集產(chǎn)品的導(dǎo)管粗,不會堵塞導(dǎo)管
②冷凝產(chǎn)品,減少產(chǎn)品損失
①空氣中的水蒸氣進入產(chǎn)品收集裝置,使四氯化硅水解
②尾氣沒有處理,污染環(huán)境
①有尾氣處理裝置,注重環(huán)保
②避免空氣中的水蒸氣進入裝置
①產(chǎn)品易堵塞導(dǎo)管
②沒有冷凝裝置,產(chǎn)品易損失

(4)應(yīng)避免空氣中的水蒸氣進入裝置,在裝置Ⅰ的i處接干燥管j,故答案為:在裝置Ⅰ的i處接干燥管j;
(5)D中氯氣與粗硅反應(yīng)生成SiCl4,h瓶收集粗產(chǎn)物,精餾粗產(chǎn)品可得高純度四氯化硅,由表中數(shù)據(jù)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(dāng)SiCl4蒸出后,而AlCl3、FeCl3、PCl5還為固體留在瓶里,故答案為:Al、P.
點評:本題以硅、二氧化硅為載體考查了實驗方案制備,明確反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵,再結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)、環(huán)境保護、實驗設(shè)計等知識點來分析解答,題目難度中等.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

工業(yè)上常用還原沉淀法處理含鉻廢水(Cr2O72-和CrO42-),其流程為:
已知:CrO
 
2-
4
H+
①轉(zhuǎn)化
Cr2O
 
2-
7
Fe2+
②還原
Cr3+
OH-
③沉淀
Cr(OH)3
(1)步驟①中存在平衡:2CrO42-(黃色)+2H+?Cr2O42-(橙色)+H2O
(2)步驟③生成的Cr(OH)3,在溶液中存在以下沉淀溶解平衡:Cr(OH)3(s)?Cr3+(aq)+3OH-(aq)
(3)常溫下,Cr(OH)3的溶度積Ksp=10-32;且當(dāng)溶液中離子濃度小于10-5mol?L-1 時可視作該離子不存下列有關(guān)說法中,正確的是(  )
A、步驟①中加酸,將溶液的pH 調(diào)節(jié)至2,溶液顯黃色,CrO42-離子濃度增大
B、步驟①中當(dāng)2v(CrO42-)=v(Cr2O72-)時,說明反應(yīng)2CrO42-(黃色)+2H+?Cr2O72-(橙色)+H2O達到平衡狀態(tài)
C、步驟②中,若要還原1mol Cr2O72-離子,需要12mol (NH42Fe(SO42?6H2O
D、步驟③中,當(dāng)將溶液的pH調(diào)節(jié)至6 時,則可認為廢水中的鉻已除盡

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

已知下熱化學(xué)方程式:
①H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(l)△H1=-285.8kJ/mol
②H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(g)△H2=-241.8kJ/mol
③C(s)+
1
2
O2 (g)=CO(g)△H3=-110.5kJ/mol
④C(s)+O2(g)=CO2(g)△H4=-393.5kJ/mol
回答下列問題:
(1)比較△H1,△H2,△H3,△H4的大小
 

(2)上述反應(yīng)中屬于放熱的是
 

(3)H2的燃燒熱為
 
,C的燃燒熱為
 

(4)燃燒10g H2生成液態(tài)水,放出的熱量為
 

(5)CO的燃燒熱為
 
,其熱化學(xué)方程式為
 

(6)分別燃燒1mol C,H2,CO;充分燃燒后它們放出的熱量分別為Q1,Q2,Q3試比較Q1,Q2,Q3的大小
 

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

卟吩易與金屬離子配位形成金屬配合物,卟吩可由甲醛(HCHO)與吡咯[結(jié)構(gòu)式如圖(a)所示]合成.
(1)甲醛分子中碳原子軌道雜化類型為
 
,HCHO空間構(gòu)型為
 
(用文字描述).
(2)1mol吡咯中σ鍵數(shù)目為
 

(3)卟吩分子內(nèi)存在氫鍵,在圖(b)中用(…)畫出氫鍵結(jié)構(gòu).
(4)卟吩銅是一種配合物.
①Cu2+基態(tài)時核外電子排布式為
 

②在圖(c)中畫出卟吩銅中Cu2+與N原子間的化學(xué)鍵.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

海水占地球總儲水量的97.2%.若把海水淡化和化工生產(chǎn)結(jié)合起來,既可以解決淡水資源缺乏的問題,又可以充分利用海洋資源.
(1)多級閃蒸法是目前“海水淡化”的主要技術(shù).該法是在一定條件下將海水變成蒸汽,蒸汽經(jīng)過冷卻而得高純度淡水.由此可判斷多級閃蒸法是
 
(填“物理變化”或“化學(xué)變化”).
(2)利用海水曬鹽的原理是
 
;分離食鹽晶體后的母液中含有KCl、MgCl2,經(jīng)過分離、提純后,可用于
 

(3)“氯堿工業(yè)”利用電解飽和食鹽水制得重要化工產(chǎn)品.在氯堿工業(yè)中,隔膜法電解(如圖甲所示)工藝逐漸被離子交換膜電解(如圖乙所示)技術(shù)取代.

①寫出兩電極的反應(yīng)式:陽極
 
,陰極
 

②石棉隔膜的作用是
 
.離子交換膜電解槽中⑥、⑦分別是
 
、
 

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

200mL密度為1.1g/cm3的H2SO4,質(zhì)量分數(shù)為49%,跟Zn完全反應(yīng).計算:
(1)H2SO4物質(zhì)的量濃度?
(2)生成多少氫氣(標準狀況)?
(3)生成ZnSO4溶液,將此溶液稀釋成0.50L.求此溶液物質(zhì)的量濃度?

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

在一定條件下,F(xiàn)e3O4+4CO═3Fe+4CO2反應(yīng)中,
 
是氧化劑,
 
發(fā)生氧化反應(yīng),
 
元素被還原,
 
是還原產(chǎn)物.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

用1L1.0mol/L的KOH溶液吸收SO2氣體17.92L(標準狀況),所的溶液中SO32-和HSO3-的物質(zhì)的量之比為
 

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

粗略測定草木灰中碳酸鉀的含量并檢驗鉀元素的存在,圖示中涉及的對應(yīng)操作不規(guī)范的是( 。
A、
稱量
B、
溶解
C、
蒸發(fā)
D、
焰色反應(yīng)

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同步練習(xí)冊答案